臺風邊界層中湍流場特征之研究—風電技術論壇

　　下面講一下湍流，我比較想側重這個方面，因為所有的風機來的風都是湍流風，因為影響載流的主要是反流。首先關于湍流強度是IEC的公式，包括放大這張圖，從45-50，是非常平滑，幾乎是一個恒定的值，根據不同，在IEC里面，實際上是因為不同的粗糙度，所以說有不同的湍流強度，我們可以根據左邊的公式來定一個均一的值，在所有的情況下，因為非常的平緩。因為是湍流，有不同的ID，所以怎么樣確定ID的組成，所以要用一個值來確定，很不幸的是我在文獻里找不到現有的值，所以我們就需要看一些非常基本的理論，從理論里面把它推導出來，那個上面是非常經典的模型。這個模型巧妙的進行一下簡化，在高頻區通過左邊和右邊的兩個公式合并在一起，可以達到非常經典的隨高度變化的公式，十米高度的話，這兩個比值幾乎接近為零，所以可以把這個公式簡化，剛才分切那張圖里面可以看到，那個邊界層幾乎相當于一個。我們可以進一步的簡化，我們不管風速，粗糙度，所有的我們可以簡化到一個唯一的值，77米，在十米的高度情況下，所以這就非常的方便使用，我們不用有太多的變化了。所以對工程師來說這是一個非常有意義的一件事。
　　我跟實驗做了一下對比，這是在美國佛羅里達州，整個沿著海岸線測的臺風。大概是四年的數據，所以你看這條虛線是我們剛才的值，尤其是比較粗糙的地形，你看和實驗數據吻合得非常好，在比較平滑的地形，可能稍微偏保守一點，這個值越小，算出來的值越保守，這樣的話比較好，會更偏安全一點，尤其是對于認證來說。
　　但是不要忘記了這是在十米的高度，但是在風機上和這個標準，我要在輪廓的高度來定義。所以我列舉了傳統的公式，這張圖，這些點是從別人史冊數據里面抓出來的。這幾條陷是剛才的幾個公式我們的風機大概在這個位置，所以這張圖看得不是特別的清楚。但是我自己的放大一下看過之后我發現任何現有的公式擬合得都不是特別好，所以我放大進去，大概在風機的高度，我們大概經過研究討論之后又重新的定義一條新公式，新發布的刊物里面也有這條公式。怎么樣把十米，剛才定義的77米的轉化到高度，因為時間關系我不詳細講了。簡單列舉一下史冊的數據，我們沒有找到太多的中國的數據，所以我大概只找到兩個。因為我們知道有了這個以后，我們還要湍流的頻譜，我們要把風的模型建立起來，這條黑線是實測的頻譜。這個線有很多的變化，所以我加了一條線是關于IEC的，路上風機我們主要關注高頻區，各條曲線都擬合得很好。對海上的風機來看我們更關注低頻區，在低頻區的話我們會發現有一些數字擬合得特別好。第二個數據是在上海測的，這條線更明確，黃色的線和藍色的線幾乎重合的。在高頻區大家差不多，用這些都可以的，但是用正確的，不能用IEC標準，我簡單定義一下，大概我只舉一個例子，你看新發布的的話有三個工程，作為一個研究來說我大概舉一個例子，因為我們假設在臺風中我覺得電網斷電是很正常的，所以今天給的值比較高，如果根據IEC的標準如果經常發生的話，可以給1.35，很簡單，大概用了一個測試的機，就是說5兆瓦的風機，因為是開源的，每個人都可以得到數據，你也可以根據這些東西來做驗證。因為臺風在熱帶地區，所以我們把空氣的密度降低了一點，標準是1.22，我想降到1.094，可以稍微降低一點。結果不是很滿意。因為確實在臺風中不難想象風速非常高，你看這條紅線是1是代表了設計載荷，所以你看關于塔桶的載荷和底部的載荷都超過了設計載荷了，臺風經過的話，很有可能是會倒掉的，實際上確實如此。不過這是簡單的做一個測試，假設沒有數據。如果具體設計的話，肯定會有更多的數據，比如說我同事剛才介紹的，可以用他介紹的詳細的方法把具體的風速和風向定義出來，所以如果根據那個設計的話，我覺得會更好一些。