基于CFD仿真的漂浮式风力机尾流模型研究OA

针对漂浮式风力机复杂运动导致的尾流预测难题,本文建立了基于改进致动盘模型的高精度CFD数值仿真模型。该模型采用Realizable k-ε湍流模型,并开发了可精准模拟多运动状态下体积力的UDF(user-defined function)程序。将本文方法与其他4种湍流模型进行了系统对比,并通过风洞试验结果进行验证,结果表明,基于改进致动盘模型的Realizable k-ε模型可精准捕捉风力机尾流速度和湍流强度分布。基于对80种单一运动工况的Sobol敏感性分析表明:来流湍流与推力系数对尾流的影响显著大于运动参数,运动周期的影响基本可忽略,纵摇、纵荡及横摇为主导运动形式。据此,本文提出一种Jensen-Gaussian尾流解析模型,在传统高斯分布框架中引入运动幅值参数,其在单一运动下平均预测误差仅为2.0%,较传统Jensen与BPA尾流模型降低了3.8%~6.6%。针对耦合运动工况,对比5种尾流叠加模型,发现最大亏损叠加模型(maximum loss,ML)对耦合运动尾流预测的精度最高,平均误差仅为1.9%,实现了多运动协同作用下的高效精准预测。本研究为深远海风电场布局优化与运行控制提供了高精度、低成本的尾流预测工具链。