考虑尾流效应的风力机组输出功率和疲劳性能模拟

上游风力机旋转引起的尾流效应会对下游风力机的输出功率和疲劳特性产生显著影响。本文选用美国国家可再生能源实验室开发的FAST.Farm开源程序，基于准稳态条件下雷诺平均Navier-Stokes薄剪力层近似解，研究了不同布局情况下处于尾流场风力机的功率特性和疲劳性能。结果表明，尾流场中平均风速与湍流强度的变化规律不一致。尾流场中风力机的输出功率与风速变化相对应，随着距离增加呈现单调增长的趋势。参考乌鲁木齐和西宁两地的实测风速概率分布曲线，确定了叶根和塔底位置的疲劳寿命。叶片在低风速区间，风速损失对疲劳性能的影响程度相比于湍流强度的影响更为明显。因此，对于水平面内不同布局，处于尾流场中的风力机的叶片疲劳性能有一定程度的改善，但在（X=4.0D,Y=0D）位置处疲劳寿命出现明显缩短。相比于叶片而言，水平面内不同位置（除Y=1.5D平面外），塔底疲劳寿命均存在不同程度的衰减。上述结论可为大型风电场布局设计和优化布置提供理论依据和设计参考。