台风边界层中湍流场特征之研究—风电技术论坛

　　下面讲一下湍流，我比较想侧重这个方面，因为所有的风机来的风都是湍流风，因为影响载流的主要是反流。首先关于湍流强度是IEC的公式，包括放大这张图，从45-50，是非常平滑，几乎是一个恒定的值，根据不同，在IEC里面，实际上是因为不同的粗糙度，所以说有不同的湍流强度，我们可以根据左边的公式来定一个均一的值，在所有的情况下，因为非常的平缓。因为是湍流，有不同的ID，所以怎么样确定ID的组成，所以要用一个值来确定，很不幸的是我在文献里找不到现有的值，所以我们就需要看一些非常基本的理论，从理论里面把它推导出来，那个上面是非常经典的模型。这个模型巧妙的进行一下简化，在高频区通过左边和右边的两个公式合并在一起，可以达到非常经典的随高度变化的公式，十米高度的话，这两个比值几乎接近为零，所以可以把这个公式简化，刚才分切那张图里面可以看到，那个边界层几乎相当于一个。我们可以进一步的简化，我们不管风速，粗糙度，所有的我们可以简化到一个唯一的值，77米，在十米的高度情况下，所以这就非常的方便使用，我们不用有太多的变化了。所以对工程师来说这是一个非常有意义的一件事。
　　我跟实验做了一下对比，这是在美国佛罗里达州，整个沿着海岸线测的台风。大概是四年的数据，所以你看这条虚线是我们刚才的值，尤其是比较粗糙的地形，你看和实验数据吻合得非常好，在比较平滑的地形，可能稍微偏保守一点，这个值越小，算出来的值越保守，这样的话比较好，会更偏安全一点，尤其是对于认证来说。
　　但是不要忘记了这是在十米的高度，但是在风机上和这个标准，我要在轮廓的高度来定义。所以我列举了传统的公式，这张图，这些点是从别人史册数据里面抓出来的。这几条陷是刚才的几个公式我们的风机大概在这个位置，所以这张图看得不是特别的清楚。但是我自己的放大一下看过之后我发现任何现有的公式拟合得都不是特别好，所以我放大进去，大概在风机的高度，我们大概经过研究讨论之后又重新的定义一条新公式，新发布的刊物里面也有这条公式。怎么样把十米，刚才定义的77米的转化到高度，因为时间关系我不详细讲了。简单列举一下史册的数据，我们没有找到太多的中国的数据，所以我大概只找到两个。因为我们知道有了这个以后，我们还要湍流的频谱，我们要把风的模型建立起来，这条黑线是实测的频谱。这个线有很多的变化，所以我加了一条线是关于IEC的，路上风机我们主要关注高频区，各条曲线都拟合得很好。对海上的风机来看我们更关注低频区，在低频区的话我们会发现有一些数字拟合得特别好。第二个数据是在上海测的，这条线更明确，黄色的线和蓝色的线几乎重合的。在高频区大家差不多，用这些都可以的，但是用正确的，不能用IEC标准，我简单定义一下，大概我只举一个例子，你看新发布的的话有三个工程，作为一个研究来说我大概举一个例子，因为我们假设在台风中我觉得电网断电是很正常的，所以今天给的值比较高，如果根据IEC的标准如果经常发生的话，可以给1.35，很简单，大概用了一个测试的机，就是说5兆瓦的风机，因为是开源的，每个人都可以得到数据，你也可以根据这些东西来做验证。因为台风在热带地区，所以我们把空气的密度降低了一点，标准是1.22，我想降到1.094，可以稍微降低一点。结果不是很满意。因为确实在台风中不难想象风速非常高，你看这条红线是1是代表了设计载荷，所以你看关于塔桶的载荷和底部的载荷都超过了设计载荷了，台风经过的话，很有可能是会倒掉的，实际上确实如此。不过这是简单的做一个测试，假设没有数据。如果具体设计的话，肯定会有更多的数据，比如说我同事刚才介绍的，可以用他介绍的详细的方法把具体的风速和风向定义出来，所以如果根据那个设计的话，我觉得会更好一些。