??近期，中國科學(xué)院工程熱物理研究所風(fēng)能利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心在風(fēng)電機(jī)組尾流解析建模方法上開展了深入研究，提出將尾流模型的擴(kuò)張系數(shù)與展向湍流強(qiáng)度建立聯(lián)系，并引入經(jīng)典的MOST理論，建立了一個新的MOST-Gaussian尾流模型。通過與高精度數(shù)值仿真數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了新模型對尾流速度虧損具有很好的預(yù)報能力。相較于傳統(tǒng)尾流模型，MOST-Gaussian模型能應(yīng)用于不同的地表粗糙度和大氣穩(wěn)定度條件，對于精確的風(fēng)電場微觀選址和尾流控制具有重要意義。

在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，通常將風(fēng)輪下游的流場稱為尾流（圖1）。風(fēng)電機(jī)組下游的尾流可以分為近尾流區(qū)域和遠(yuǎn)尾流區(qū)域。近尾流區(qū)域的長度一般為1~2倍葉輪直徑，速度和湍流強(qiáng)度分布與風(fēng)輪的葉片數(shù)、葉片氣動參數(shù)及葉尖渦發(fā)展有密切關(guān)系。遠(yuǎn)尾流區(qū)域的長度可以達(dá)到10~15倍風(fēng)輪直徑，流場分布受風(fēng)輪的幾何結(jié)構(gòu)影響較小，速度分布接近于高斯分布，呈現(xiàn)出一定的自相似性（圖2）。

通過假定速度虧損滿足高斯分布，國外文獻(xiàn)報道了一種二維尾流模型，預(yù)測的速度分布和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與大渦模擬結(jié)果吻合得非常好，然而模型中的尾流擴(kuò)張系數(shù)需要通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果或者仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合才能得到，通用性較差。

MOST-Gaussian尾流模型主要有兩個方面的創(chuàng)新。首先假定尾流擴(kuò)張系數(shù)與展向湍流強(qiáng)度相關(guān)。傳統(tǒng)高斯模型認(rèn)為尾流擴(kuò)張系數(shù)與流向湍流強(qiáng)度有關(guān)，然而風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真均表明尾流通常在展向和法向擴(kuò)張，即尾流恢復(fù)主要與展向和法向的動量輸運(yùn)密切相關(guān)，因此MOST-Gaussian模型的假設(shè)更為合理。另一個創(chuàng)新之處是通過引入MOST理論，新模型將地表粗糙度和大氣穩(wěn)定度作為輸入?yún)?shù)，可以研究不同環(huán)境條件下尾流發(fā)展的規(guī)律，拓展了模型的應(yīng)用范圍，使得模型具有更好的通用性。將MOST-Gaussian尾流模型預(yù)測的結(jié)果與文獻(xiàn)中報道的其他模型進(jìn)行對比，輪轂高度不同下游位置的速度虧損（圖3）。對比結(jié)果表明不同地表粗糙度下新模型具有更好的預(yù)測精度。與文獻(xiàn)報道的模型不同，MOST-Gaussian模型能夠預(yù)測不同大氣穩(wěn)定度下的速度虧損（圖4），新模型能較好地反映不同穩(wěn)定度下尾流的演化情況。

對風(fēng)電機(jī)組的近尾流區(qū)域進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)速度虧損剖面表現(xiàn)出兩個峰值，利用雙峰高斯分布函數(shù)可以更為精確地表征近尾流的特點(diǎn)，同時雙峰高斯分布函數(shù)可以退化成常規(guī)的單峰值分布，因此在遠(yuǎn)尾流區(qū)域退化成MOST-Gaussian尾流模型，表明雙峰高斯分布模型在尾流速度分布預(yù)測方面具有很大的潛力。

上述研究結(jié)果發(fā)表于國際能源期刊Applied Energy。工程熱物理所博士生程瑜為論文第一作者，研究員張明明為論文通訊作者。