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垂直风加速廓线:探测高空风速的可靠方法

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2-10为在Askervein山顶上和上风向同步测量的风垂直轮廓线。平地上的垂直风加速廓线为对数形式,但是在山顶上距离地面高度为l处存在一个拐点,为最大相对风加速度的高度。在拐点之上,风加速廓线呈直线,直到与上风向风加速廓线相交于高度为2L处。

垂直风加速廓线:探测高空风速的可靠方法

图2-10为在Askervein山顶上和上风向同步测量的风垂直轮廓线。平地上的垂直风加速廓线为对数形式,但是在山顶上距离地面高度为l处存在一个拐点,为最大相对风加速度的高度。在拐点之上,风加速廓线呈直线,直到与上风向风加速廓线相交于高度为2L处。L为山体的特征高度,通常为山体半宽的高度,lL的定义如图2-11所示。

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图2-10 在Askervein山顶上和上风向同步测量的风垂直轮廓线[11]纵坐标为距离地面实际高度的对数。图中符号代表测量的平均风速;左侧直线代表上风向未受山体影响的风加速廓线;右侧直线代表山顶上的风加速廓线)

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图2-11 风流过理想化的山体时,上风向和山顶上的垂直风廓线[4]

风加速度ΔS和l的近似表达式为[11]

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当山体垂直于风向的维度L大得多时(坡度较小),该式可以得到较好的结果,因此风加速问题可以认为是二维的。

上述的例子很清晰地表明,地形对风流的影响是十分明显的。但是应该注意,所有地形高度的变化都会影响风流:地形高度增加5%,可能对平均风速产生5%的影响(可能在轮毂高度处),进而导致近15%的风能密度的增加[4]。对于复杂地形,通常很难甚至不可能用式(2-10)和式(2-11)来计算特定地点的风资源,因此很多情况下都需要使用数值模型进行计算。

有些情况下,“距地面高度”的准确表达并不清晰。作为例子,想象位于一个低矮山顶上的风力发电机组:如果山体的高度和风力发电机组的轮毂高度比很小,且山坡陡峭,那么该山体可以认为是风力发电机组的基础,增加了风力发电机组的轮毂高度。但如果山体的横向和纵向维度增加,情况就发生了变化,相对轮毂高度就变成了距离山顶地面的高度。

另一个例子是风力发电机组位于断崖附近的情况,这种情况海边较为常见,如图2-12所示。当风来自海面时,我们可能会试图使用从水面到轮毂高度的距离作为相对高度。但这样做是非常错误的,因为在风远未到达陆地时,就已经受到了悬崖的影响,因此相对高度为距离地面的高度。

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图2-12 悬崖地形对风的影响

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