摘要：当今世界科技与经济快速发展，与此同时，传统能源短缺日益严重，能源与环境问题急需解决。风能是可再生的洁净能源，不消耗资源，不污染环境，因此发展风力发电越来越受到世界各国的重视，成为实现能源持续发展的重要途经之一。现在应用比较广泛的就是水平轴风力机，其中主要是3叶片。空气来流通过叶片所在的平面后速度下降，湍流度上升，如此在这一部分气流发生变化的范围就被称为风力机组尾流区。机组产生的尾流会对处于其下游的风力机造成影响，如寿命、功率等，这些都会有些不良效果。

本文结合实验测量方法和一定的数值模拟方法研究了多台风力机尾流效应的影响，主要开展了以下几个方面的研究：

1. 分析了有关水平轴风力机的相关知识，包括风力机空气动力学等，以此基础完成水平轴风力机风轮的建模。学习了风力机组相关的尾流模型，对如Jensen，Frandsen等有了比较全面的认识。

2.对各种工况下的风力机尾流开展风洞试验，在此基础上完成单机组，双机组串列，双机组错列以及偏航工况下的多组实验，研究未受尾流影响时以及受影响后的功率输出特性。

3. 初学CFD，对设计的实验方案进行模拟，分析实验数据，得到不同布置下的尾流干涉情况。

关键词：风力发电；水平轴风力机；尾流效应；尾流模型

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1研究背景与意义-1

1.2国内外研究现状-2

1.3本文主要内容及安排-3

2.基本理论及常用尾流模型-5

2.1基本理论-5

2.1.1贝兹理论-5

2.1.2动量理论-6

2.2 常用尾流模型-8

2.2.1 Jensen尾流模型-8

2.2.2 Frandsen尾流模型-9

2.2.3 2D Jensen尾流模型-10

2.3 风力机常用参数-12

3.-水平轴风力机尾流实验研究-14

3.1实验前准备-14

3.1.1三维建模-14

3.1.2 3D打印-16

3.2实验设备-16

3.2.1风洞实验室-16

3.2.2热线风速仪-17

3.2.3运动控制器-18

3.2.4功率测量-19

3.3水平轴风力机尾流实验测量-20

3.3.1单台风力机尾流测量-20

3.3.2与2D Jensen尾流模型比较-21

3.3.3 双台风力机尾流测量-23

3.4风力机功率实验测量-26

3.4.1单台风力机不同叶尖速比下输出功率-26

3.4.2单台风力机不同偏航角度下输出功率-27

3.4.3双台风力机不同偏航情况下输出功率-28

3.4.4双台风力机不同错列情况下输出功率-29

3.4.5双台风力机不同串列情况下输出功率-29

3.5本章小结-30

4. 水平轴风力机尾流数值模拟-31

4.1单台水平轴风力机尾流数值模拟-31

4.1.1数值模拟结果-31

4.1.2结果对比-32

4.2双台水平轴风力机尾流模拟-34

4.3本章小结-35

5. 结论与展望-36

5.1总结-36

5.2展望-37

致谢-38

参考文献-39