基于CFD的风电场湍流强度计算研究与应用

　　2.1 大气湍流强度
　　大气湍流强度是风速随时间和空间变化的程度，反映脉动风速的相对强度，是描述大气湍流运动特性的最重要的特征量，同时也是影响风力发电机组疲劳寿命的一个重要参数。湍流强度可表征为脉动风速均方根值与平均风速的比值：

　　式中：u，v，w —分别为纵向、横向和竖向3 个正交方向上的瞬时风速分量；
　　u`、v`、w′—分别为对应的3 个正交方向上的脉动风速分量；V— 平均风速。
　　3 个正交方向上的瞬时风速分量的湍流强度分别定义为：

　　在大气边界层的地表层中，三个方向的湍流强度是不相等的，一般εu >εv >εw。在地表层上面，三个方向的湍流强度逐渐减小，并随着高度的增加趋于相等。在风工程研究中，主要考虑与平均风速方向平行的纵向湍流强度εu。风电工程计算中，10 分钟湍流强度IT 可按下式计算：
　　I_T =σ/ν
　　式中：σ—10 分钟风速标准偏差；ν—10 分钟平均风速（m/s）。IEC61400-1 标准定义的湍流强度等级如表1 所示：

　　＊ Iref ： 风速为15m/s 是湍流强度期望值。

　　由上表可看出，当Iref >0.16 时，表示湍流处于较高水平，当I_ref <0.12时，表示湍流处于较低水平。湍流强度影响风电机组运行的安全性和发电量，在风资源评估和风电机组选型中占据重要的地位。