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风电机组尾流效应引起尾流区风速降低、湍流度增加,导致下游风电机组功率损失、疲劳载荷增加,影响风电场经济效益。工程应用中常用半经验尾流模型来定量描述尾流效应的影响,目前常用半经验尾流模型的计算精度和适用性仍然有待提高。围绕该问题,提出了基于高精度尾流数值模拟结果的半经验尾流模型改进方法,该方法有充足的尾流区信息作为数据支撑,又节省了风洞试验的高昂成本。首先,以NREL Phase VI风电机组为研究对象,建立了三维整机全流场结构化网格数值模型,开展了单台机组尾流定常与非定常雷诺时均数值模拟,研究了尾流区风速、湍流强度分布规律。在此基础上,以Jensen模型为例对半经验尾流模型进行了改进,提高了计算精度,并对改进模型进行了验证。主要内容和结论:(1)开展了风电机组尾流数值模拟,得到了详尽的风电机组尾流区流动信息。建立了三维整机全流场结构化网格数值模型,开展了非定常雷诺时均(URANS)与定常雷诺时均(RANS)模拟,通过与文献中大涡模拟(LES)结果进行对比,验证了模拟方法的可靠性。基于三维整机全流场结构化网格数值模型的URANS模拟结果较准确地反映了尾流区风速分布,可为半经验尾流模型改进工作提供数据依据。(2)以风电机组尾流数值模拟结果为依据,改进了半经验尾流模型。基于三维整机尾流URANS模拟结果中的风速、湍流强度等数据,开展了Jensen半经验尾流模型的改进工作。基于质量守恒方程,采用抛物线函数描述风速沿径向的变化规律,并进一步考虑环境湍流强度和风轮旋转附加湍流强度对尾流恢复速率的综合影响,对尾流衰减系数进行了修正,得到了改进后的Improved Parabolic Jensen尾流模型,提高了尾流模型的计算精度。(3)开展了单台机组尾流激光雷达测风实验,验证了改进半经验尾流模型的准确性与适用性。基于风电场激光雷达测风试验获取的尾流区风速数据和文献中公开的ECN风洞试验数据、Sexbierum风电场测风塔尾流测风数据,对改进半经验尾流模型进行了验证,并与Larsen尾流模型计算结果进行了对比,验证了Improved Parabolic Jensen模型的准确性与适用性,证明了基于高精度数值模拟结果的半经验尾流模型改进方法的可行性。