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《内蒙古工业大学》 2018年
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丘陵地区风电场风资源分布特性研究

张朋杨  
【摘要】:近年来随着风电行业的深入发展,风能的开发利用受到人们广泛的关注,风电场建设的速度急剧增加,风资源特性分析作为风电场建设前期的一项重要工作,其对风电场的建设和风电场的经济效益起决定性作用。目前较为成熟的风资源评估手段都是以平坦地形为模型建立的,而我国内陆大部分地区是山地和丘陵地带,这些地带在风资源评估中称为复杂地形。当气流经过山地丘陵等(复杂地形)地区时,由于地形地貌特征的变化引起来流风速发生绕流现象,使得山地周围的流场分布特性尤为复杂,所以以平坦地形为模型的风资源评估方法并不适用于复杂地形的风资源评估。目前对于复杂地形下风资源的评估技术并不太成熟,所以如何对复杂地形风资源分布做出精准评估是复杂地形风电场开发利用关键技术之一,对于山体而言山体坡度和山体表面植被覆盖程度是影响山体流场分布的两个重要因素。因此研究如何对复杂地形风资源做出精准评估,并分析不同地形,地貌特征等因素对山地流场影响非常有必要。本文分别采用机理分析、数值仿真、风洞实验和工程案例分析等方法对典型丘陵地形下风资源分布特征进行研究。首先根据我国地形地貌特征建立了横截面为余弦的典型丘陵山地模型,由经典流体力学势流叠加理论和源板块法建立了丘陵地形绕流数学模型,并结合MATLAB平台编写风速计算程序,对不同高宽比下丘陵迎风坡风速计算分析;其次利用ANSYS软件建立山地风速场计算域,选用SST湍流计算模型,采用指数分布的入口风速对山地流场进行仿真计算,根据仿真计算结果分析不同高宽比和不同地面粗糙度下山地丘陵迎风坡流场变化特征;然后根据相似理论建立了三种丘陵山地物理模型,在内蒙古工业大学风能太阳能省部共建重点实验室能源基地B1/K2低速风洞的闭口段搭建实验台架,采用高频PIV三维粒子测速技术在来流风速为6.5m/s时进行实验分析;最后采用ANSYS软件对内蒙古某典型丘陵地形风资源特征进行计算分析,得到以下结果:1.建立了基于经典流体力学势流叠加理论和源板块法绕流数学模型。2.在MATLAB平台下设计开发典型丘陵地形风速计算程序。3.总结了不同坡度下典型丘陵迎风面风能要素变化特征。4.分析了不同下垫面(地面粗糙度)下山地丘陵风能要素变化规律。5.利用风洞实验验证典型丘陵地形下风资源的分布特征变化规律。6.对内蒙古梨花镇某典型丘陵地形风资源分布进行实例分析研究。
【学位授予单位】:内蒙古工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM614

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