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基于致动盘方法的多台风力机尾流数值模拟研究的开题报告
一、选题背景和意义
近年来，随着世界各国对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种广泛分布的可再生能源得到了快速发展，成为当今最受欢迎的清洁能源之一。多台风力机场在风能开发中的应用日益广泛，其中尾流扰动对于风力机组的布局、产电效率以及降低机组噪声等方面具有至关重要的影响。因此，深入探究多台风力机尾流的分布、特性以及如何通过微调机组布局减小尾流的影响，对于提高风力机场的产电效率具有重要的现实意义。
致动盘方法是目前气动模拟中应用最广泛的一种方法，其优越性体现在数值求解上的稳定、准确度高、计算速度快等方面。因此，本文选用致动盘方法进行多台风力机场尾流数值模拟，研究尾流扰动的分布规律、风力机组布局的优化以及如何减小尾流的影响，旨在为风力发电行业提供新思路和方法，提高风力发电利用率，实现可持续发展。
二、国内外研究现状及趋势
目前，国内外学者对于多台风力机场尾流的数值模拟研究已经取得了一定程度的进展。国外学者主要集中在采用数值模拟方法对于单个风力机的流场进行模拟，其中以计算流体力学方法为主。相反，国内学者更多关注多台风力机场的尾流问题，研究方向逐渐从尾流扰动的分布规律、流场的建模和算法优化拓展到了风力机组布局的优化、风场稳态、无稳态模拟等范畴。值得一提的是，由于风力机场的复杂性以及目前复杂多变的气象条件在风力机群中尾流的互相影响，研究难度较大，数值方法的求解具有一定的挑战性。
近年来，研究者逐渐开始注意到风力机场中不同位置风力机的风速、风向等参数的变化对尾流扰动的影响。因此，除了深入开展尾流扰动的分析和机组布局的优化外，本领域未来的研究重点将放在不同位置风力机的风环境、风向、风速、风玫瑰参数分析，这有助于提高风力机场的整体产电效率。
三、研究内容和方案
本文将采用致动盘方法对多台风力机场尾流数值进行模拟，并研究尾流扰动的分布规律、风力机组布局的优化以及减小尾流影响的方法。主要研究内容包括：
1.建立多台风力机尾流数值模型和计算基准方程
采用致动盘方法建立多台风力机尾流数值模型，比较不同尺寸、不同转速风力机的尾流特性及分布规律，建立合适的计算基准方程。
2.研究多台风力机组布局的优化方法
基于模拟结果，提出相应的优化方法，考虑不同的风向、风速和风挡等因素，在现有风力机布局的基础上，对机组布局进行微调，解决机组之间互相影响的问题。
3.研究减小尾流影响的方法
分析并提出适当的解决方案，减小多台风力机尾流对于后继机组的影响，提高风力机场的产电效率。
四、研究预期成果
本研究旨在采用致动盘方法进行多台风力机尾流数值模拟，探究多台风力机尾流的分布、特性以及如何通过微调机组布局减小尾流的影响。预期成果如下：
1.多台风力机场尾流数值模型的建立和定量描述。
2.多台风力机组布局的优化方法的提出及参数优化结果。
3.检验多台风力机组布局优化的可行性和实用性。
4.减小尾流影响的方法及应用效果的验证。
5.综合评估多台风力机场产电效率的提高的可行性和优势。
五、研究进度和计划
目前，本研究已经完成多台风力机尾流数值模型的建立和定量描述。接下来，主要研究工作和计划如下：
1.2022年1月-2022年3月：优化多台风力机布局的方法研究。
2.2022年4月-2022年6月：检验多台风力机组布局优化的可行性和实用性。
3.2022年7月-2023年1月：减小尾流影响的方法及应用效果的验证。
4.2023年2月-2023年3月：成果总结和论文撰写。
由于研究人员时间和限制因素，以上研究计划仅为参考，可能会有所调整。
六、研究难点
1.多台风力机尾流模型的建立、数值模拟求解及优化方法的研究和探索。
2.尾流扰动对于风力机组的影响是一个相对复杂的问题，在模拟过程中需要充分考虑多种因素的相互作用，以达到较为准确的模拟结果，这对模拟者的理论素质及实际操作水平要求都很高。
3.在模拟过程中应注意尽量减小误差造成的影响，以达到数据处于较为可靠的范围。