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01 研究背景海上風(fēng)電場(chǎng)能有效提高能源采集率，推動(dòng)節(jié)能減排，卻需要耗費(fèi)高額成本去建設(shè)和維護(hù)。海上風(fēng)電場(chǎng)樁基不僅需要在高咸度的海水中支撐數(shù)十年，還要經(jīng)受水流的沖擊、泥沙的堆積。而制定合適的樁基維護(hù)策略可以有效延長(zhǎng)樁基使用壽命，降低維護(hù)成本。所以通過(guò)模擬海上風(fēng)電場(chǎng)的海底形態(tài)變化，了解海上風(fēng)電場(chǎng)海岸水動(dòng)力和形態(tài)動(dòng)力學(xué)，為樁基維護(hù)策略提供技術(shù)支持十分重要。

但是在現(xiàn)實(shí)情況下，也就是當(dāng)環(huán)境湍流（ambient turbulence）存在時(shí)，尾流的恢復(fù)與上述理論有很大偏差，研究結(jié)果表明尾流的恢復(fù)率，對(duì)于較高湍流強(qiáng)度的邊界層要更大，也就是說(shuō)在粗糙邊界層中的渦輪機(jī)尾流比在光滑邊界層中的渦輪機(jī)尾流恢復(fù)更快，如圖4.這個(gè)也解釋了，海上風(fēng)電場(chǎng)的容量密度要小于陸上風(fēng)電場(chǎng)。

與非定常 RANS 相比，LES 可模擬更高分辨率的湍流尺度，對(duì)分析非定常葉片載荷和風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾流演化具有重要意義。復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)模擬近年來(lái) ，復(fù)雜地形風(fēng)場(chǎng) CFD 模擬得到快速發(fā)展。

地形和地貌對(duì)風(fēng)的影響主要來(lái)自于三個(gè)方面：地形、障礙物和粗糙度等。CFD建模過(guò)程中，在整個(gè)計(jì)算區(qū)域中選擇不同的粗糙度文件對(duì)于各機(jī)位處的風(fēng)速、湍流等風(fēng)況參數(shù)以及發(fā)電量均有影響。

其中，海上風(fēng)電場(chǎng)沖刷數(shù)字運(yùn)維平臺(tái)榮膺本屆數(shù)字仿真科技獎(jiǎng)之卓越應(yīng)用獎(jiǎng)，得到了多方的首肯和贊賞。

在云南的另一片山地，一個(gè)全新智能風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)即將開(kāi)始。他們借助一臺(tái)測(cè)繪無(wú)人機(jī)，在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的預(yù)定位置上拍攝照片，加上海量的歷史氣象數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)字化風(fēng)場(chǎng)，快速出現(xiàn)在電腦上。數(shù)字技術(shù)，使風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)周期縮短15%以上。收集到的精細(xì)數(shù)據(jù)，還可以快速規(guī)劃出最優(yōu)的風(fēng)機(jī)布局，發(fā)電量也將大幅提高。

二、邊界條件 本設(shè)備運(yùn)行時(shí)，風(fēng)量為180000 Nm3/h，氣體溫度約350 ℃，工況下風(fēng)量約4107969 m3/h，進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)口（velocity-inlet）；進(jìn)口速度約23.26m/s，出口壓力出口（（pressure-outlet）），出口壓力設(shè)定為0Pa，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，壁面函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，固壁面設(shè)置為無(wú)滑移壁面。

本案例利用Fluent以文章中所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管模型甲板上艦載機(jī)尾流場(chǎng)仿真。在航空母艦上，艦載機(jī)尾部通常會(huì)部署偏流板。因此本案例以雙發(fā)、帶偏流板為計(jì)算模型，展開(kāi)了艦載機(jī)尾流場(chǎng)仿真。依據(jù)本案例，后續(xù)可以開(kāi)展不同距離、不同角度、不同甲板風(fēng)情況下的尾流場(chǎng)仿真計(jì)算。

電除塵器進(jìn)口分風(fēng)不均會(huì)導(dǎo)致氣流分布不均勻，直接影響除塵效率，并可能引發(fā)一系列運(yùn)行問(wèn)題，具體表現(xiàn)如下：一、除塵效率下降1、局部流速過(guò)高：部分電場(chǎng)區(qū)域風(fēng)速過(guò)大，粉塵在電場(chǎng)中的停留時(shí)間縮短，荷電不充分，未被有效捕集即排出，導(dǎo)致出口粉塵濃度升高。2、局部流速過(guò)低：低風(fēng)速區(qū)域雖捕集效率高，但整體處理能力受限，且可能因粉塵堆積引發(fā)二次揚(yáng)塵。

一些研究人員認(rèn)為，這種效應(yīng)是由風(fēng)引起的，就是風(fēng)使蜘蛛和它的絲線在陸地和海洋上漂移了數(shù)百公里；另一些研究人員卻認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象與地球的電場(chǎng)有關(guān)。

圖3為2010―2022年蘇格蘭海上風(fēng)電場(chǎng)的平均容量系數(shù)和總發(fā)電量。2019年，Beatrice風(fēng)電場(chǎng)全面投運(yùn)，蘇格蘭海上風(fēng)電發(fā)電量顯著增加。2020年，漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目HywindS cotland以57.1%的容量系數(shù)，創(chuàng)下英國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)最高年平均容量系數(shù)的紀(jì)錄。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)由正方體變成圓潤(rùn)的水滴頭，阻力約下降至原來(lái)的1/4，而再加一個(gè)流線形的尾巴變成完整的水滴，阻力就降到了原來(lái)的1/20-1/30，可見(jiàn)水滴阻力小，是前方滯止區(qū)與后方尾流的綜合作用結(jié)果。

傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)雖然各方面性能突出，但是其結(jié)構(gòu)繁雜，在飛行時(shí)機(jī)體各構(gòu)件的相互干擾十分強(qiáng)烈，如雙旋翼的誘導(dǎo)速度干擾、旋翼尾流對(duì)機(jī)翼的下洗作用等 ［2］，所以整個(gè)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)特性求解十分困難。不僅如此，系統(tǒng)還會(huì)受到外部風(fēng)干擾以及系統(tǒng)不確定性的影響，這些都增加了系統(tǒng)建模的難度。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)還是一個(gè)多體、高度耦合、欠驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng) ［3］。

本工作主要聚焦風(fēng)電場(chǎng)參與電網(wǎng)一次調(diào)頻應(yīng)用場(chǎng)景下的儲(chǔ)能配置。

該應(yīng)用作為風(fēng)電場(chǎng)數(shù)字孿生項(xiàng)目的重要子課題，入選國(guó)家電網(wǎng)促進(jìn)“雙碳目標(biāo)”重要展示應(yīng)用。

他們還設(shè)計(jì)了范圍廣泛的創(chuàng)新游船和商船，包括渡輪、風(fēng)電場(chǎng)支持船和游覽船。

由于風(fēng)和重力，這些渦流或主尾流下沉并遠(yuǎn)離飛行路徑。下沉運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致渦流與周圍空氣相互作用，導(dǎo)致湍流。對(duì)于遵循相同飛行路徑或近距離飛行的其他飛機(jī)來(lái)說(shuō)，與尾渦相關(guān)的湍流可能是一個(gè)主要的安全問(wèn)題。在較小的飛機(jī)靠近較重的飛機(jī)的路徑的情況下尤其如此，因?yàn)闄C(jī)翼產(chǎn)生的升力更大，產(chǎn)生的渦流強(qiáng)度更大。

同時(shí)在風(fēng)機(jī)陣列情況下，復(fù)雜地形對(duì)流場(chǎng)影響也比較大，因此機(jī)陣列中每臺(tái)風(fēng)機(jī)的受力和功率分析是風(fēng)機(jī)控制中的重要環(huán)節(jié)，但國(guó)內(nèi)暫無(wú)一款能夠考慮地形影響因素，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)陣列風(fēng)機(jī)的CFD仿真工具。 經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，神工坊構(gòu)建了一個(gè)基于開(kāi)源仿真求解器的風(fēng)電場(chǎng)陣列風(fēng)機(jī)功率快速預(yù)測(cè)應(yīng)用，并針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)某實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行建模驗(yàn)證。

根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理的不同，馳振可以分為尾流馳振和橫流馳振兩種。 尾流馳振是由繞過(guò)前方結(jié)構(gòu)的波動(dòng)性來(lái)流激發(fā)下游結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的不穩(wěn)定振動(dòng)。比如說(shuō)斜拉橋的拉索、懸索橋吊桿最容易發(fā)生尾流馳振。 橫流馳振是由升力曲線的負(fù)斜率所引起的發(fā)散性彎曲自激振動(dòng)。

數(shù)據(jù)采集自陜西某風(fēng)電場(chǎng)，規(guī)模相當(dāng)龐大，有442809 條，59個(gè)維度。這59個(gè)維度，其中一個(gè)是輸出功率，即因變量。另外58個(gè)是自變量，包括風(fēng)速、溫度、風(fēng)向、葉片槳距角等等，它們或多或少都會(huì)影響輸出功率。工具采用DTEmpower，一款門檻超低上手簡(jiǎn)單的智能數(shù)據(jù)建模軟件。建模過(guò)程包括數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)清理、敏感性分析、模型訓(xùn)練、模型對(duì)比等步驟，下面為完整工程界面。