(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111568230.4 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁区佛城西 路8号 (72)发明人 薛飞飞　许昌　韩星星　程哲　 冉续　焦志雄　黄雨薇　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种模拟风力机尾流的修正致动线模型方 法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟风力机尾流的修正 致动线模型方法， 包括如下步骤： 将风轮叶片简 化为致动线模型； 获取叶素点中的速度信息； 通 过叶素理论计算叶素点处轴向力和切向力； 计算 叶素点上的体积力； 通过叶尖叶根损失修正模型 进行修正； 采用三维延迟失速模 型对二维翼型升 力系数进行修正； 致动线区域添加体积力； 计算 模拟流场。 本发 明提出了一种模拟风力机尾流的 修正致动线模 型方法， 建立的全尺 寸风力机致动 线模型可使得致动线模型的气动特性和尾流速 度方面能够更好的吻合实验测试数据， 在实际的 工程中有很好的应用前 景。 权利要求书3页 说明书6页 附图5页 CN 114266202 A 2022.04.01 CN 114266202 A 1.一种模拟风力机尾流的修 正致动线模型 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 将风轮叶片 简化为致动线模型； 获取叶素点中的速度信息； 通过叶素理论计算叶素点处轴向力和 切向力； 计算叶素点上的体积力； 通过叶尖叶根损失修 正模型进行修 正； 采用三维延迟失速模型对二维翼型升力系数进行修 正； 计算塔筒与机舱阻力； 计算模拟流场。 2.根据权利要求1所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述将风轮叶片 简化为致动线模型的具体步骤 包括： 将旋转的风轮叶片 简化成一条假想的线段， 并将其分成若干段叶素； 通过公式确定叶片旋转过程中各叶素点的三维坐标， 所述公式为： xi＝xwt+rcosφ yi＝ywt+rcosφ zi＝zwt+rsinφ 其中， xi、 yi、 zi为叶素点i的三维坐标； r为展长； φ为叶片的旋转角度； xwt、 ywt、 zwt为风 力机轮毂中心的三维坐标。 3.根据权利要求2所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述获取叶素点中的速度信息的具体方法如下： 在CFD流场中， 寻找离叶素点最近的网格型心， 然后将该网格型心存储的速度信息赋给 叶素点； 若满足 则ui＝ucell+gradu*dS， 式中xi_cell为网格型心坐标； DXi为网格 尺寸； ui为叶素点处的速度； ucell是距离该叶素点最近的网格型心速度； gradu为流场速度 梯 度； dS为该叶素点到最近网格型心的距离 。 4.根据权利要求3所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述通过叶素理论计算轴向力和 切向力的方法包括： 将赋值的叶素点处速度带入公式得到轴向力T和 切向力FN， 所述公式为 其中， 总速度 轴向速度 切向速度为 式中， ρ 是空气密度， 是轴向法向量， c是翼 型的弦长， 入流角 Cl是升 力系数， Cd是阻力系数， 迎角 β 为所在叶素的扭角， dr为叶素展长， 是叶素点处的 速度， 是角速度， 是矢量半径。 5.根据权利要求4所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114266202 A 2述计算叶素点上的体积力的步骤 包括： fx＝‑T 式中， fx/fy/fz分别代表叶素点在xyz方向的体积力； γ是风力机顺时针偏航的角 度； δ 是叶片的旋转角度； B是叶片数； i是 所在叶素点的编号； 采用三维高斯分布函数进行体积力光 顺， 流场中某一网格型心点受到的体积力fM为： 式中， d为型心点和叶素之间的距离； ε是光 顺参数。 6.根据权利要求4所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述通过叶尖叶根损失修 正模型进行修 正的过程如下： 带入公式， 求得叶尖修 正系数F1和叶根修正系数Fhub， 所述公式为： 式中， g＝exp( ‑0.125(Bλ ‑21))+0.1； λ是叶尖速比； R为叶片半径； Rhub为风力机转子叶 根处半径； r是叶素展长； B是叶片数； 为入流角。 7.根据权利要求1所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述采用三维延迟失速模型对二维翼型升力系数进行修 正过程如下： 对叶片3/4展长以下的部分进行修正， 带入公式求三维翼型升力系数Cl,3d和迎角变化度 数Δα， 所述公式为： 式中， 为升力系 数直线段斜率； Δα为迎角变化度数； Cl,3d为三维翼型升力系 数； Cl,2d为二维翼型升力系数； αmax为最大升力系数对应的迎角； α0为升力系数为零时对应的迎 角； c为叶片弦长； n 为经验公式一般取为1.0； k 为冯卡门常数。 8.根据权利要求1所述的一种 模拟风力 机尾流的修正致动线模型方法， 其特征在于， 所 述致动线区域添加体积力的方法包括： 带入公式， 求得一个 塔筒微元的气流轴向阻力dfx,tow和机舱阻力Fnac， 所述公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114266202 A 3