随着风能资源的大规模开发利用,风电机组朝向高塔筒、长叶片大型化发展,风电场尾流效应日益凸显。尾流效应导致处在尾流区内的机组发电量降低,寿命缩短。在实际运行中,风况复杂多变,风电机组处于动态运行过程中,其尾流区速度和湍流强度分布也随工况改变发生变化。开展不同工况下风电场尾流变化规律研究,不但对风电机组出力、疲劳载荷分析、机舱测风等实际问题具有重要意义,也可为大型风电场开展基于尾流的场内优化调度提供理论支持。本课题以风电场实际运行的1.5MW大型变桨距机组为研究对象,建立全尺寸结构化网格数值模型,基于雷诺时均平均方法开展了多工况下尾流数值模拟,分析了恒叶尖速比控制、恒转速控制、恒功率控制三阶段下叶片横截面速度和压力云图,机舱上方风速波动及尾流区速度分布规律。论文主要工作如下:(1)建立了 1.5MW大型机组结构网格数值模型,对多工况下机组尾流区进行数值模拟。针对大型机组全尺寸模型,采用多块结构化网格拓扑结构对计算域进行网格划分,参照机组实际运行工况,设计了恒叶尖速比控制、恒转速控制、恒功率控制三个阶段7组定常数值模拟算例和4组非定常模拟算例,得到了不同工况下尾流区数值模拟结果,并将定常模拟推力系数与bladed计算值进行对比,为后续尾流场分析奠定基础。(2)揭示了变桨距机组三阶段不同工况下机组尾流变化规律。基于定常模拟结果,对三阶段的机组表面压力速度分布、机组后方尾流区速度分布进行分析,得到如下结论:1)在恒叶尖速比控制阶段,叶片表面压力和速度分布具有相似性,不同来流风速下尾流区相同位置处归一化速度相同。2)在恒转速控制阶段,翼型攻角增加,压力面驻点后移,低压区范围减小,而翼型前缘高压区和吸力面低压区范围增加,导致近尾流区归一化速度存在差异。3)在恒功率控制阶段,攻角减小,压力面驻点前移,吸力面分离点后移。风轮后流场的绝对速度和归一化速度同时增加。(3)获得了不同工况下机舱上方风速波动规律。机舱上表面的速度波动具有周期性,但水平方向、流向、和垂直高度方向上不同位置处的风速波动具有明显相位差和幅值差。风轮转速改变导致机舱上方风速波动周期改变,来流风速增大,导致机舱风速波动幅值增加,桨距角变化对机舱风速的影响较小,其风速波动规律与恒转速阶段规律相似。