纵荡运动下漂浮式风力机尾流模型OA

纵荡运动会显著影响漂浮式风力机(floating offshore wind turbine,FOWT)的推力系数变化和尾流发展特性。本文在高阶高斯模型的基础上,考虑FOWT纵荡运动引起的附加风速,提出了FOWT尾流模型HG-DFOWT(high-order Gaussian dynamic floating offshore wind turbine model),以预测风力机尾流分布及推力系数变化。模型首先修正了FOWT纵荡时轮毂位置变化,然后通过纵荡产生的附加速度修正风轮处相对入流风速,其次根据FOWT一阶正弦运动建立推力系数动态变化模型,最后将模型预测结果与风洞试验结果和CFD数值模拟结果进行对比,验证模型的可靠性。结果表明,逆风运动下,模型对FOWT的垂向尾流预测结果与风洞试验结果的均方根误差为4.04%,顺风运动下,误差为1.47%。修正后的推力系数与CFD计算结果具有良好的一致性,高频纵荡下(f≥0.072 Hz),两者的平均相对误差小于1%。此外,还分析了一个纵荡周期内不同时刻的尾流分布特性,结果发现,FOWT下游相同位置处尾流亏损在时均值附近呈周期性波动,尾流中心风速受纵荡频率影响较大,高频运动下(f=0.09 Hz)波动幅值达7.1%。本文模型可为构建漂浮式风电场布局优化模型提供参考。