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风能发电技术中的最佳风机布局方法近年来，随着可再生能源的重要性与日俱增，风能发电技术作为最为成熟和广泛应用的可再生能源之一受到了广泛关注。
在设计风电场时，最佳的风机布局方法是至关重要的，它直接影响到发电效率和可持续性。
本文将探讨风能发电技术中的最佳风机布局方法，并分析其影响因素，旨在为风电场的设计与建设提供有效的指导。
风机布局是指在给定的风电场区域内，如何分布和排放风机以最大限度地利用风能和提高发电效益。
最佳风机布局方法需要兼顾多个因素，包括地形条件、气候条件、风速和功率曲线、风机间的干扰以及运营和维护的便利性等等。
下面将详细介绍几种常见的风机布局方法及其特点：1. 直线型布局直线型布局是最简单和常见的风机布局方法之一。
在这种布局中，风机按照直线排列，相邻风机之间的距离相等。
这种布局方法适用于地形较为平坦、空间较大的区域，使得风机的建设和维护更加便利。
然而，直线型布局容易产生排列效应，即前一排的风机会影响到后一排的气流，从而降低后一排风机的发电效率。
2. 曲线型布局曲线型布局是直线型布局的一种改进方法。
它通过将风机布局呈曲线状，避免了直线型布局中的排列效应。
曲线型布局根据地形和风向的特点来确定曲线形状，使得风机之间的距离和角度更加合理，从而提高了发电效率。
此外，曲线型布局还能够提供更优的空气流通和防止气流混乱，有助于减小风机间的干扰，进一步提高发电效益。
3. 矩阵型布局矩阵型布局是将风机按照矩阵的形式进行布局，风机之间的距离相等。
矩阵型布局能够最大限度地利用风场的空间，提高风机的装机容量。
这种布局方法适用于风能资源相对丰富、地形起伏不大的区域。
然而，矩阵型布局容易受到前一排风机的阻挡和干扰，造成后一排风机的功率损失。
因此，在设计风机间距时需要综合考虑风能资源、风机尺寸等因素，以达到最优布局效果。
4. 前后错落型布局前后错落型布局是为了减少风机间的干扰而设计的一种布局方法。
在这种布局中，相邻风排的风机错落排列，风机之间的距离不等。
风力发电场的布局与优化设计分析随着气候变化和能源危机的加剧，人类不断寻求绿色环保的替代能源。
风能作为一种污染少、资源丰富、可再生的能源，被越来越多的人们所重视，风电站也随之水涨船高。
但在风力发电领域，布局和优化设计是至关重要的环节。
本文将着重介绍风电站的布局和优化设计分析，帮助大家更好地了解风电站建设。
1.风力发电机的布局风力发电机的布局有两种基本方式，分别为单排阵列和多排阵列。
1.1.单排阵列单排阵列是风电机在一条水平直线上排列，根据风场的方向，在主要风向上建立单排阵列，可以有效地提高风能的利用效率，同时可以减少切变风的影响，增加电力输出。
但是，建立单排阵列也存在一些问题，比如对于大型或超大型风电机，其旋转半径相对较大，导致单排阵列间距相对较大，利用风场的面积较小，导致空间利用率不高，同时悬挂线路的成本也较高。
1.2.多排阵列多排阵列是指将风力发电机分布在若干条水平直线上，这种布局方式可以有效地提高风能的利用效率，减少空间利用率等问题。
但是，建立多排阵列也存在一些问题，比如难以避免风电机之间的影响，如“阴影效应”和“拥挤效应”等。
2. 风电站的优化设计分析2.1.受影响因素分析风电站的优化设计需要考虑多种因素，比如年平均风速、地形、气候条件、场地条件等。
应当根据这些因素进行分析和优化设计。
2.2.安装高度和转子直径分析风电机的安装高度和转子直径直接影响风能的利用效率。
控制风电机的安装高度和转子直径，可以使之达到最佳利用状态。
2.3.密度分析风电站布局密度的选取也极为重要。
通常情况下，密度较大可以提高风力利用率，但也可能导致“阴影效应”和“拥挤效应”。
因此，需要根据实际情况，结合经验和历史数据进行选择。
2.4.布局模式分析风电站的布局模式也有多种选择，包括直线、三角形、四边型等。
应根据实际情况和经验，选择合适的布局模式，以达到最佳的利用效果。
2.5. 维护和管理分析维护和管理是风电站的基本要求，风电站的布局必须适合维护和管理要求。
风电场的布局设计及运行模式优化研究随着全球对环境保护等问题越来越重视，可再生能源已经成为了全球能源发展的一个重要趋势和方向。
而风能作为地球上最主要的可再生能源之一，其开发及利用已逐渐成为了各国政府和企业的关注重点。
风电场作为集中式风电发电模式，在可再生能源领域早已有了广泛应用。
在风电发电中，风电场的布局设计及运行模式对于后期发电效果的影响非常大。
本文将就此问题进行深入探讨。
一、风电场布局设计风电场布局设计是指风电场中风力机的编组方式。
在设计中，风速、气流、风力测量和地形等因素都必须被考虑在内。
风电场布局设计的好坏将直接影响风能的利用效果，而优化风电场布局设计可以提高风能利用效率。
1.风机间距的确定风能的密度与风机间距相关。
若风机距离过近，则相互影响，效率降低；若距离过远，则效率也低下。
一般情况下，风机之间的距离一般为风车轮距离的3倍，一般情况下20度角也证明了这个结论，这个结论会在后面的部分实验结果中得到验证。
这一距离的确定可以在布局设计中依据经验法则进行优化。
2.风场平均风速风场平均风速决定了风机的布局。
当风场中风速较大，风机之间的距离可以适当增大，使局部风能的利用率提高，从而达到增加风性能的目的。
然而，过大的风速会导致风力机的故障率上升，风能的利用率降低。
因此，在布局之前，需先测定风场中的平均风速，并据此确定风机的具体布局。
3.地形影响风电场布局设计中还需要考虑地形的影响。
例如，若竖向布置，风力呈现在地形之前；而若横向布局，所有的风力都将呈现在地形之后。
因此，在风电场的布局设计中，地形的影响必须得到充分的考虑。
二、风电场运行模式优化风电场的运行模式是指风电场中的风力机的运行组合方式。
针对不同的需求和场地条件，需要设计不同的风力机运行模式，为网络稳定性和建设经济性提供优化方案。
1.并网连接模式并网风电场依靠独立的电压控制器和同步发电容量控制器来实现高质量发电。
2.离线运行模式离线运行模式下，风电场中的风力机各自运行，而电力系统并不供电，因此比较适合地处偏远的地方和单机组发电。
从风机基础型式、风机投运、风机运维角度分析海上风电场5MW风机建设莆田平海湾50MW 海上风电场是福建省第一个获得核准的海上风电场项目，也是国内第一个大容量5MW 风机海上风电机组商业化运行的风电场。
本文结合近几年来莆田平海湾海域海上风电场的建设情况，从风机基础型式、风机吊装调试和后续风机运维工作的开展了分析总平海湾海上风电场与陆上风电、江苏海上风电等在建设中的不同之处，为后续海上风电场的建设提供借鉴。
1 概况海上风力发电最近几年是国家鼓励的方向，从上海东海大桥海上风电一期、二期项目、江苏响水和临港海上风电项目开始，各地的海上风电正在如火如荼的建设中。
莆田平海湾50MW 海上风电场是福建省第一个获得核准的海上风电场项目，也是国内第一个大容量5MW 风机海上风电机组商业化运行的风电场。
作为同一时期的海上风电项目，上海东海大桥项目与江苏响水等项目与莆田平海湾海上风电项目，虽同为海上风力发电，却有着截然不同的自然条件和技术水平。
不同的地质情况和风机选型结果导致海上风电机组的设计，无论是从风机基础、机组设计、安装方式等来说差异巨大，无法完全复制使用。
2 风机基础型式（1）气象条件。
风资源是风电场选址的首要考虑因素，平均风速、主导风向、风功率等风能评估参数在一定程度反映当地风能资源的参数。
目前已建成的陆上风电风速平均在5 ～ 8m/s，上海、江苏海上的平均风速在8m/s 左右，而莆田平海湾海域的平均风速可达10m/s 以上，可利用可达3500 小时。
因此为更好的利用风资源，莆田平海湾海上风电场的风机可以往更大型化发展，但另一方面也意味着在施工过程中存在的更大困难。
根据近3 年的施工情况，福建省沿海地区施工窗口仅有3 ～ 4 个月的时间，一般为3 ～ 6 月间；从7 月份开始，台风、季风的影响较为明显，1 个月有效施工时间仅为数天，陆上风电则不存在受此类困难影响。
（2）机位地质情况。
上海和江苏多为淤泥沉积形成，因此风机基础地质松散，利用单桩型式可以打到60 ～ 70m 以提供足够稳定的承载力。
海上风力发电场线路设计及数学模型分析1.引言近年来，由于全球能源需求的不断增长，加之能源短缺和环境污染的日益严重，各国纷纷加大了对可再生能源的开发和利用。
风力发电是其中备受瞩目的一种，因其不会产生二氧化碳等温室气体，同时大幅降低对环境的破坏性，因而得以广泛应用。
不过，由于风力发电依赖于地理和气象条件，要在各地实现高效的利用仍然面临一系列的技术问题。
本文主要介绍海上风力发电场的线路设计及数学模型分析。
2.海上风力发电场线路设计2.1 线路设计原则（1）线路的最短距离。
因为电缆的制造成本较高，为了降低成本，最好使用较短路径。
不过，这并不意味着必须是绝对的最短路径，而应该综合考虑诸如海底地形、气象、涌浪等因素，追求最佳的利益平衡点。
（2）布线的可维护性简易。
因为工艺环境的限制，海上发电设备复杂难以维护，因此在布线时，应优先考虑电缆的维修和更换。
（3）线路的负载均衡。
因为海上风电场面积较大，风力发电的产能不可能完全均匀分布，因此，在线路设计时，需要考虑各个发电设备间的复杂交互影响和综合调度，以实现负载的均衡化。
2.2 线路设计方法（1）采用大功率直流输电线路。
海上风力发电场相对固定，且电器设备的电功率较大，使用AC电缆进行送电会有较大的传输损耗，不利于经济效益的提高。
因此，直流传输线路成为了海上风电输电的主流方式，有效提高了线路价值。
（2）采用无环式结构。
因为海上环境的局限，需要增加线路的鲁棒性，采用无环式结构可以有效减小海洋环境对线路的影响，提高线路可靠性和稳定性。
（3）采用分层式布线结构。
为避免单一线缆所有电力故障均会导致系统故障，因此采用分层式布线结构是一种很好的解决方案，可将电力系统划分为多个层次，保证在单个层次故障的情况下，其它层次也能保证正常运转。
3.数学模型分析3.1 传输线路模型通过建立直流输电线路的数学模型，可以对其电力特性进行全面的分析与掌握。
其基本原理是：将线路抽象成L个等值电量节点连接的电路，其中每个节点表示一个蓄电容器的电势值，电感器的电流代表输送能量的基本特性。
风电发电机装置的海上最佳布置及效率优化随着能源需求的增加和环境保护意识的提升，风能作为一种清洁可再生能源受到了越来越多的关注。
风电发电机装置作为风能的主要转化设备，其布置和效率优化对于海上风电项目的运营和发展具有重要影响。
本文将探讨风电发电机装置的海上最佳布置及效率优化策略。
首先，海上风电发电机装置的布置最佳位置可以通过风能资源评估和海洋环境特征分析来确定。
风能资源评估可以通过对不同区域的风速和风向的频率分析来实现。
根据风速和风向数据，可以确定某个海域的平均风能密度和风能潜力，从而确定最佳风电发电机装置的布置位置。
同时，海洋环境特征分析可以考虑海浪、潮流、水深等因素，以及海底地质条件，以确保风电发电机装置的安全性和稳定性。
其次，风电发电机装置的布置方式可以根据海上空间利用率和功率密度来优化。
海上风电场的布局方式主要有直线型、扇形和环形等多种形式。
直线型布局适用于海岸线较长且风向较为一致的海域；扇形布局适用于风向不太一致的海域；环形布局适用于海域较深或者是在海上岛屿周围等独特环境下。
通过合理选择布局方式，可以最大限度地提高发电机装置的功率密度，增加整个风电场的发电量。
此外，风电发电机装置的维护保养和降低动态干扰也是海上风电项目中需要考虑的重要因素。
由于海上环境的特殊性和装置长时间处于恶劣的自然环境中，风电发电机装置容易受到氧化、腐蚀和疲劳等问题的影响。
因此，定期维护和保养是确保风电发电机装置性能稳定和寿命延长的关键。
另外，为了降低动态干扰，可以采用适当的遥测传感技术和振动抑制措施，以减少风电发电机装置在风力变化和振动干扰下的运行不稳定性。
此外，风电发电机装置的效率优化可以通过提高转速控制和叶片设计来实现。
传统的风电发电机装置通常采用变桨控制和变转速控制来控制转速和功率输出。
然而，这种控制方式存在一定的效率损失和系统响应较慢的问题。
因此，可以使用先进的无齿轮直驱技术和智能化控制算法，提高转速控制的精度和响应速度，从而提高风电发电机装置的效率。
海上风电场风机基础介绍技术服务中心业务筹备部前言近年来，国家对清洁能源特别是风电的发展在政策上给予了很大支持，使得中国风电得到蓬勃发展。
风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。
随着风电机组从陆地延伸到海上，海上风电正成为新能源领域发展的重点。
本文结合国内外海上风电场具体的风机基础，对现有的海上机组的基础类型逐一介绍，目的是对海上风机基础形成一个初步的了解，为公司日后的海上服务业务做铺垫。
为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
2目录1 风机基础类型--------------------------------------- 4 1.1 重力式基础----------------------------------------- 4 1.2 单桩基础------------------------------------------- 6 1.3 三脚架式基础--------------------------------------- 8 1.4 导管架式基础-------------------------------------- 10 1.5 多桩式基础---------------------------------------- 111.6 其他概念型基础------------------------------------ 122 海上风力发电机组基础维护 -------------------------- 14为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
3为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
4 1 风机基础类型1.1 重力式基础重力式基础,顾名思义是是靠重力来追求风机平衡稳定的基础,重力式基础主要依靠自身质量使风机矗立在海面上,其结构简单，造价低且不受海床影响，稳定性好。
缺点是需要进行海底准备，受环境冲刷影响大，且仅适用于浅水区域。
风力发电建筑工程的风机选型与布局随着可再生能源的不断发展和应用，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式得到了越来越广泛的应用。
在风力发电建筑工程中，风机的选型与布局是整个工程的关键环节，对于风力发电的效率和可靠性起着至关重要的作用。
一、风机选型1. 风机类型风力发电工程中常用的风机类型包括水平轴风机和垂直轴风机。
水平轴风机是目前应用较广泛的类型，其风机叶片与地面平行，转动方向垂直于风向。
水平轴风机具有高效率、稳定性好等优点，适用于较大的风力发电场。
而垂直轴风机则相对较小，可以适应不同的风向，但其效率相对较低。
根据具体的工程需求和场地条件，选择合适的风机类型是十分重要的。
2. 风机尺寸风机的尺寸主要考虑到风轮直径、塔架高度以及整个风机系统的稳定性与可靠性。
较大的风轮直径能够捕捉更多的风能，提高发电效率，但同时也增加了系统的成本和复杂性。
塔架高度的选择需要考虑到风的高度分布、环境景观等因素，同时也需要满足相关的建筑标准和安全要求。
综合考虑风能资源、工程成本以及可靠性，合理选择风机尺寸是确保风力发电工程运行和发电效果的关键因素。
3. 风机技术在风机的选型过程中，还需要考虑到风机的技术特点和性能参数。
其中包括风机的额定功率、功率曲线、启动风速、切入风速、切出风速等。
额定功率决定了风机的最大发电能力，而功率曲线则描述了风速和风机功率之间的关系。
启动风速和切入风速是风机启动和停机的两个关键参数，而切出风速则表示在这个风速下风机停机以保护设备安全。
根据具体的风能资源和工程需求，选择适当的风机技术是保证风力发电系统高效运行的关键。
二、风机布局1. 距离和间距风机的布局需要考虑到风能资源的利用和布局之间的距离。
通常情况下，风机之间的布局距离应该足够，以避免相互干扰和影响风能的捕捉。
根据经验，风机之间的间距应至少为风轮直径的1-1.5倍。
此外，布局之间的距离也要考虑到土地利用和环境影响等因素。
2. 相互影响风机的布局还需要考虑到相互之间的影响。
风力发电场布局及建设方案分析一、背景介绍随着全球能源需求的不断增长，人们越来越关注可再生能源的开发和利用。
风力发电作为一种清洁、可再生、高效的能源形式，已经成为了世界各地普遍关注的领域。
风力发电可以减少对于化石燃料的依赖，降低温室气体的排放，遏制全球气候变化，是社会可持续发展的重要组成部分。
因此，越来越多的国家正在积极推进风力发电场的建设。
二、风力发电场的布局风力发电场的布局是指风力发电机的排列方式和间距。
对于风力发电场的规划和建设来说，布局是一个十分重要的问题。
正确的布局不仅可以提高风能利用效率，还可以降低建设成本、减少环境影响，提高风力发电的可持续性和经济性。
目前，风力发电场主要采用以下几种布局方式：1、平面布局平面布局是指风力机在平面上的排列方式。
这种布局方式可以根据地形、地貌、气象等因素进行分析和设计，减少或避免地形和地貌对风的影响。
此外，平面布局还可以根据风速和风向的变化对风力机进行控制，提高风能利用率。
因此，平面布局是目前风力发电场内最常见的布局方式。
2、环形布局环形布局是指将风力机围绕中心圆形区域排列的方式。
这种布局方式可以减少风力机之间的影响，提高风速和风能的利用率。
此外，由于风力机的排列方式不受地形和地貌限制，因此环形布局是适用于平原、山地等多种地貌的风力发电场布局方式。
3、线性布局线性布局是指把风力机沿着某条线性路径排列的方式。
这种布局方式适用于长而狭窄的场地，可以最大限度地利用场地面积，提高风能的利用率。
此外，线性布局还可以通过对风机的排列进行控制，实现风能的平衡利用，降低能量损失。
因此，在条件允许的情况下，线性布局也是一种比较合适的布局方式。
三、风力发电场的建设方案分析在确定了风力发电场的布局方式之后，接下来需要考虑的是如何设计和建设一个高效、稳定、可持续的风力发电场。
风力发电场的建设方案包括以下几个方面：1、选择合适的风力机不同型号的风力机具有不同的特性和适用环境，尤其是在不同的风速条件下，风机的产能也会有很大的差异。
海上风电场总体布置探讨作者：王晴勤来源：《华中电力》2013年第04期【摘要】海上风电场总体布置需要考虑风机、海缆、升压变电站及施工等多方面的综合效应。
研究上述几个方面的布置及其相互影响，对于海上风电场总体布置具有重要的意义。
【关键词】总体布置、风机布置、电缆布置、施工场地布置海上风电场的布置涉及风机、海底电缆、升压站等多方面的内容，各个部分之间互相联系、相互制约，如何协调布置做到整体最优是海上风电场总体规划与布置的关键。
1. 风机选型及布置2.1 风机选型从1990年建成第一个海上风电场以来，2010年全球已完成3223MW的海上风电装机工程2000年前，海上风电场采用MW级以下风机；2000年后，海上风机向大型化发展，海上风电场纷纷采用MW以上风机。
当前已安装的海上风电场风机机组主要有如Vestas3.0MW、GE3.6MW、Repower5.0MW、Enercon4.5MW、华锐SL3MW等，且风机的单机容量有逐步增大的趋势。
对于海上风电场，并不是选择单机容量越大的机组，其项目经济性就越好，风力发电机组的选择除了以测风和长年代风资源评估为依据外，还要受风电场自然环境条件、交通运输条件、吊装条件、设备供应市场情况等制约，同时在技术先进和运行可靠的前提下，结合当地沿海水文和地质条件等，风电机组需要具备较强的抗台风、防盐雾、防潮、防雷暴、防腐等特性，选择性价比较好的风力发电机组。
2.2 风机布置在陆上风电风机布置的基础上，增加如下原则：（1）首先应充分考虑规划使用海域的周边环境限制条件，协调与港口、航道、油气管道等之间的关系。
（2）布置时既要尽量避免风电机组之间的尾流影响，又要减小风电机组之间的海缆长度，以降低配套工程投资和场内输变电损耗。
（3）其他影响海上风电场的排列布置的因素。
如用海许可、海底地形、视觉效果等，每个因素都有可能是影响海上风电布置的关键因素。
海上风电场风机尾流较大，一般间距在5-10倍叶片直径。
关于风电场风机排布距离和列阵方式及海上风电场的模型摘要：随着能源需求增长与化石燃料资源日趋枯竭的矛盾日益突出，洁净的可再生能源越来越受到人们的欢迎和重视，风力发电是新能源中最具有经济发展前景的一种发电形式。
目前，在进行风电场风机优化布置模拟计算时，均忽略了风轮的湍流影响，而采用简化风机尾流线性扩模型，即尾流影响边界随距离线性增大模型。
此外，多数风机尾流模型未考虑风经过风机后的尾流影响区域直径的突然扩大，而一些考虑了该因素的尾流风速预测解析计算公式，则不能满足上游风机后风速与尾流影响区域边界的连续性。
为此，本文推导了一种新的简化风机尾流模型。
研究风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响，建立比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型，为研究风电场运行优化排布和规划方面的有关问题奠定了基础。
针对问题1，本文考虑尾流效应对风电场组的影响，同时考虑了尾流边界效应模型，确定了速度与功率关系式，从到而确定风电场之间的最佳距离，提出一个完整的模型。
针对问题2，在上述模型的基础上，进一步考虑了风向、风速、迎风角等因素对风电场组效率的影响，经过对数据的处理，我们可以得知有关速度的概率分布f(V), 建立速度分布函数；逐渐增加了模型的复杂性，对风电场的模拟更接近现实情况，因此模型模拟得到的结果与问题1 相比，结论更灵活易行。
针对问题3，从海上风能资源的分析到建风电场的优势分析，结合海上风电机组的结构形式，分析了不同构建方式的特点并作了相应的比较，最终提出了适合我国东南沿海建立海上风电场的风机布置方式。
关键词：尾流效应、风电、功率特性、水平轴风电场组、一、问题重述：目前我国的风电总装机容量已经达到了世界第一，但我国风电发展的成熟度仍未达到世界前列水平。
按照人均计算的风电装机容量，我国的世界排名为34,为46W人，而同为总装机容量世界前列的美国、德国和西班牙，这一数据分别为149.8W/人、356.9W/人和463.5W/ 人；根据陆地面积计算，中国排名为第25位（6.5kW/平方千米）。
问题一：如今风电场的经济损失主要集中在下游风力机在上游风力机尾流中受到干扰,损失接收功率。
下游风力机的发电功率（P2）与上游风力机的发电功率（P1）的比值随两台风力机之间距离D的变化。
请查找区域典型数据,求得风力机最佳间距（附表1 省13 个气象站点80m高风速测定单位m/s ）。
问题二：请以根据风向、风速、迎风角、间距、转向等信息,调整风力机以减少风机涡动能所带来的能量损失, 并设计一种最新的陆地风机列阵方式。
问题三：相较陆地,海洋上拥有更多的风能资源,但其建造风机场难度更大。
请结合海洋风能数据，探讨海上风机场的构建方式。
二、问题分析：在风电场的模型结构中，有一下两个主要的难点：1、处理数据，准确描述风电场系统；2、在多个目标中选择合适的判断依据。
因此，如何处理大量数据建立风电场系统，以及如何在多目标条件下确定最优化的判断标准，就是我们首先要解决的问题。
其次，优化风机的排布阵列是为了获得最大的经济效益，故应该找到速度与功率的关系，从而建立合理的排布，充分利用风力资源以获得最大的功率。
而且风机之间存在尾流效应的影响和尾流遮挡等因素，难点是如何找到影响功率和风速的最大或最主要的因素，建立相应的函数关系进行建模求解。
对于海上建立风电场，要针对不同的海域有不同的方式，如何提出一个基本适用于大众化的模式是比较难的。
这要选定某一区域进行分析才可能推广，实现特殊到一般的转化也是个难点。
三、基本假设本文研究水平轴的风力发电机。
(对于问题1、2、3，其条件不同，故分别在针对问题建模求解前提出)四、文中常用符号说明C p( , ) ——风能利用系数，c T ——为风轮的推力系数——为叶尖速比；——为空气密度;为无穷远处风速V ------ 为风速;A——为风轮扫掠面积；R—-一为风轮半径；3- —为风轮转速；—为桨距角；P ——为风机的吸收功率；E一系统中单位质量的总能量；I 一—单位质量的能；—Q-风轮转速；n - 传动链和发电机的总效率；Qnet——外界环境传递给控制体流体的热量；W net——是外界环境对控制体流体做的功。
五模型建立与求解、对于问题1 的模型与求解：5.15.11 基本假设.①将风力机风轮简化为一个无厚度可穿透的圆盘，该圆盘从空气中提取能量使气流速度、压力等降低。
②认为风力机风轮周围的流场是一维的、稳态的、不可压流场。
如图5.1.1 所示将流经风轮的、上游截至未受风轮影响的无穷远处来流、下游到尾流气流恢复至周围环境气流状态的流管作为控制体。
图5.1.1 致动盘理论模型③不考虑风机成本-效益和风电场增量装机效益。
④本文选取变桨距风力发电机组进行研究的。
5.1.2问题求解为了推导出风力机风轮周围流场中各个变量之间的关系，沿着流线可以将该流管分为三个部分。
第一个部分是自由来流的风轮上游区域；第二个部分是风轮平面；第三个部分是风轮下游区域，从风轮平面开始直至气流状态恢复至周围环境气流状态的位置。
在空间位置固定的、无变形的控制体，由质量守恒的关系，可得以下方程：dV V ndA 0tcv cs （11）基于稳态假设，式（1.1 ）左边的第一项等于0。
所分析的控制体为流管，其边界为流线，因此没有流体能够进入或者离开控制体,因此式（1.1 ）可以简化为：U l A u2 A2U3A3 (1.2)其中u和A是每个截面流线方向的速度和面积。
类似的，在空间位置固定的、无变形的控制体，一维动量方程的通用形式如下:-V dV V V ndA F cvtcv cs(1.3)同样的，由于稳态假设以及流管边界的无穿透，式（1.3 ）可以简化为:2 2U3 A3 U1 A F A(1.4)其中F A是风轮对气流的作用力。
能量守恒的通用形式如下:-e dV i P — gz V ndA Q ne t W ne t t cv cs 2(1.5)不考虑边界上热量的传递，并且认为控制体是从无穷远处自由来流位置到风轮平面前方和风轮平面后到不受风轮影响的无穷远处，那么在该控制体流体没有被做功，则式（1.5 ）的右边项为0。
进一步,由于流场是稳态的，并且忽略能的变化，式（1.5 ）可以简化为:1 2P 5 constant2 (1.6)式（1.6 ）是能量守恒方程的简化形式，也就是伯努利方程。
根据以上所有假设，式（1.6 ）可以用于一条流线上的两点之间。
在从出口（位置1）到致动盘前一点（位置2-）的区域和致动盘后一点（位置2+）与出口（位置3）之间的区域，应用式（1.6 ），可得：P 1 u2 P2 1 u；2 2 （1.7）2式（1.7 ）减去式（1.8 ）,然后在两边同时乘以A,得到:(1.8)A2u12 12U 3U1 (1.9)1U2 —(U1 U3)(1.10)上式表明风轮平面的气流速度是无穷远上游速度与无穷远下游速度和的一半。
而且风轮平面的气流速度要小于无穷远上游速度，这是因为风轮从气流中提取了能量，也造成了风轮前方与后方的压力差值。
将风轮平面气流速度相对于自由来流速度减少的比例定义为轴向诱导因子：u1u2U1 (1.11)由式（1.10 ）与式（1.11 ）可得:U2 1 a(1.12)比1 2aU1（1.13）C T 亠——斗4a 1 a1/2 U1 A 1/2 U1 A (1.14)5.1.3风力机尾流模型A2 p2 p2将式（1.9 ）与式（1.2 ）、式（1.4 ）相比较可得:图5.1.2尾流模型概化流场示意图如图1所示，采用控制体积法进行风轮流场分析。
D 0为风轮直径: Da、D 分别为风轮后、距离风轮X 处的尾流直径。
现选取风轮后至距离风轮处之间的尾流影响流场作为控制体，并设其流体动量为 P，贝S根据欧拉运输公式可列出：式（1.15 ）左端为控制体流体动量的总变化率，等于受到的推力 T : 右端第一项为控制体总动量随时间的变化率， 第二项为单位时间控制 体表面流进、流出量引起的净流出量。
因有:pdV u o A (u o u)dAt cspu|nds A (u 2 u 02)dA将式(1.16 )、式(1.17)代入式(1.15)可得:T A u(u u °)dA在实际风机尾流计算中，可忽略尾流沿纵向尺寸上的分布差异， 上式 可简化为：三三三一o三-三三三三三三・D DtpdVsyspdV cs(1.15 )(1.16) (1.17 )(1.18 )i ； ；pu]ndST u(u u 0)A(1.19 )T 1U O 2A O C T2（其中：AD O 2/4)(1.20)风机的推力系数与的关系为:C T 4a(1 a)由式(1.19)~式( 1.21 )可得:D a .2 D o(1.21)(1.22)在风机尾流区域，由于风速的变化率相对较小，可将式（1.19 ）简化 为：并与式（1.20）~式（1.22）联立，可得：u U o （1 2aA 0/A ）（ 1.23本小节将尾流流场的发展过程分为不考虑粘性的膨胀过程与考虑粘性的扩散过程，分别建立尾流边界模型①膨胀过程的边界模型建立根据无粘条件下，尾流边界的膨胀特点，建立如下表达式来描述 尾流边界的膨胀:y p m ne qx(1.24)其中，yp 为膨胀过程的尾流边界位置，x 为风轮下游位置首先，尾流区域边界经过风轮边缘，即式（1.24 ）必过点（0,D/2），于是有m+n 二D/2其次，尾流区域在风轮下游无穷远处一定是式中，A 为风机下游尾流面积，A D 2/4由此，尾流风速u 只与x 有关。
设a 为风经过风机后的衰减率，即a 1 U a /Uo，则有稳定的，不会再膨胀，即式（1.24 ）必过点（，D/2 ），其中D 为 风轮下游无穷远处尾流区域的边界直径，于是有 m=D22 2根据连续性方程：上（（D/2） ） U 3（ （D"））其中U 2,U 3分别为风轮处的气流速度与风轮下游无穷远处尾流稳定后的气流速度。
又由式（1.12 ）和（1.13 ）有其中a 为轴向诱导因子;(1.27)(1.28)最后来确定（1.24）式中的参数q ,其主要控制尾流的膨胀曲率。
不考虑粘性作用时，尾流区域的膨胀程度与推力系数成正比关系，那 么参数q 就与推力系数G 成反比。
根据对压力降方法数值模拟的结果 分析，参数q 可用下式来近似表达：q 1.3 C T （ 1.29）将上式综合，即可得到所建立的膨胀过程的边界模型。
为了验证所建立的膨胀过程的尾流边界模型的准确性， 选择了推力系 数0.61、0.7和0.79三种情况下不考虑气流粘性作用时的压力降方 法数值模拟结果与所建立的膨胀过程的尾流边界模型相比较， 如图所 示，图中PJ 代表压力降方法的数值模拟结果，MODE 为建立的模型 的结果。
