沿海丘陵地形的风能利用研究

【摘要】：环境问题和能源问题日渐突出，开发和利用新型能源成为解决问题的必然途径。我国风能资源储量丰富，风能作为一种可再生且无污染的新能源有着巨大的发展潜力，目前我国正在大力推进对风能的利用。相对于城市，沿海丘陵地区风能资源尤其丰富，但是电网相对薄弱。因而，在沿海丘陵地区开发利用独立运行的风电系统具有特殊优势，不仅可以一定程度上缓解城市用电压力，也可为电网薄弱地区的居民提供电力资源。同时，在沿海丘陵地区人口密度小，在一定程度上缓解了大型风电场具有较大噪声影响居民生活的缺点。 本文利用计算流体力学软件进行数值模拟。对于单个山体，本文选择收敛性较好的余弦模型进行对比研究。为较好的模拟具有山脊线山体周围风速分布情况，本文在余弦模型的基础上提出了类椭圆模型，即在余弦模型中间加一段平直段。分别研究两种模型在不同坡度、不同风向角下风速分布情况，指出不同情况下风力发电机的合理安装位置及合适的塔架高度，并对两种模型在不同工况下的风能利用价值对比分析。 由于气流流经多个山丘时会发生很大变化，且实际地形中单一山丘比较少单独存在，因此对两座余弦山体相邻的情况进行研究。建立两座高度和坡度相同的模型，分析在不同风向角下山体间距离不同时的风速分布规律，并指出山谷中间点受到相邻山体影响的极限距离。固定一座山体高度和坡度不变，研究相邻山体高度或山脚宽度变化对风速分布规律的影响，指出在不同情况下风力发电机的合理安装位置。 本文较为系统地研究了单一山体和两座山体各种工况下的风速分布规律，所得结果可为气象资料不完备的山丘地形风机选型和选址提供参考。 【关键词】：山体 数值模拟 风能 风速
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 研究背景9-11
• 1.3 风能利用研究现状11-13
• 1.3.1 国外风能利用研究概况11-12
• 1.3.2 国内风能利用研究概况12-13
• 1.4 目前山体地形风能利用研究的不足及本文所做主要工作13-14
• 第2章 数值分析理论14-20
• 2.1 大气边界层14-16
• 2.1.1 平均风剖面14-15
• 2.1.2 脉动风15-16
• 2.2 CFD 数值模拟技术16-18
• 2.2.1 软件简介16-17
• 2.2.2 湍流控制方程17-18
• 2.3 常用湍流物理模型18-20
• 第3章 单一山体表面风能利用20-55
• 3.1 风能利用基本理论20-25
• 3.1.1 风能的概念20-23
• 3.1.2 风力发电机简介23-25
• 3.2 数值风洞模型设置25-29
• 3.2.1 几何模型建立25-26
• 3.2.2 数值风洞的尺寸26-27
• 3.2.3 基本参数设置及求解参数27-29
• 3.3 单一山体风能利用分析29-53
• 3.3.1 余弦模型29-36
• 3.3.2 0°风向角类椭圆山体模型36-43
• 3.3.3 45°风向角类椭圆山体模型43-48
• 3.3.4 90°风向角类椭圆山体模型48-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 两座山体风能利用研究55-80
• 4.1 风向角的影响55-71
• 4.1.1 模型简介55-57
• 4.1.2 0°风向角57-65
• 4.1.3 45°风向角65-71
• 4.2 高度影响71-74
• 4.3 宽度影响74-79
• 4.4 本章小结79-80
• 第5章 总结及展望80-83
• 5.1 主要结论80-81
• 5.2 下一步工作展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果88

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