文 献 综 述
1.尾流效应的研究背景
随着世界化石能源的不断消耗，各国开始重视对新能源的开发利用。尤其是新能源具有污染少，储量大，永续性的特点。风能作为新能源大家庭的其中之一，对于风能的进一步研究有助于推动整个新能源行业的发展，对于世界能源结构的更新和改进有着重要的意义。
风电场作为风能转化和利用的基础，对于风电场的研究以及改进可以进一步提高对风能资源的利用。风电场中的许多因素都影响着风能的利用，其中风电场的尾流效应是影响风能利用率的一个关键因素。近年来，随着风电机组容量和风电场规模的不断增大，尾流效应对风电场功率的影响也逐步显现。因此减少风电场尾流效应的影响，提高风电场整体输出功率和经济效益，成为当前风电技术研究的热点之一[1]。风电机组吸收了风中的部分能量 ,所以风经过风电机组后 ,其速度要有所下降。在风电场中,前面的风电机组要遮挡后面的风电机组,因此,座落在下风向的风电机组的风速就低于座落在上风向的风电机组的风速,风电机组相距越近 ,前面风电机组对后面风电机组风速的影响越大,这种现象称为尾流效应[2]。美国加州风电场的运行经验表明,尾流造成损失的典型值是10%;根据地形地貌、机组间的距离和风的湍流强度不同,尾流损失最小是2% ,最大可达30%[3]。为了充分发挥风电机组的效能和利用风电场当地的风能资源，在确定风电机组和风电场的输出功率时，必须考虑尾流效应对每台风电机组输出功率的影响。确定尾流效应的物理因素主要有: (1)机组间的距离; (2)风电机组功率特性和推力特性; (3)风的湍流强度; (4)风速和风向。
2.尾流效应的研究方法及结论
下游风机置于上游风机的尾流场中，会造成下游风机输出功率的降低［4］，从而影响风电场的发电效益［5］。许多国内外专家基于以上内容的研究主要通过两种方式来实现，一类是尾流模型研究方法，这些模型是由学者提出的简化尾流模型，然后利用实验数据检验模型并且进行修正。比如 WAsP采用的Park模型、 Ainslie提出的涡粘性尾流模型、 Larsen 尾流模型 、Jensen 模型[6]、 AV （Aero Viroment）尾流模型等等。还有一类是基于 CFD的数值模拟，CFD方法应用计算机数值计算和图形显示两种手段，将计算域分成时间和空间进行描述进而求得数值解[7]。
文献[8]中介绍了两种简化尾流的模型，第一种是Modified Park尾流模型。Park 尾流模型是丹麦Risoslash; 实验室的Katic和N.O.Jensen基于理想风力机一维动量守恒原理提出的适用于平坦地形的线性尾流模型，是一种一维线性尾流模型，不考虑湍流效应带来的影响。该模型假设：（1）尾流区从风轮后开始，初始直径即为风轮直径；（2）尾流速率按照线性关系增长；（3）截面上尾流流速分布均匀。而Modified Park尾流模型是在基于Park模型的基础上根据工程实际提出的一种模型。 该模型假设尾流边界线性扩张，边界宽度为 D 2kx。模型表达式如下：
式中，为下风向风速，单位为m/s;为上风向风速，单位为m/s；CT为风电机组的推理系数；D为风电机组的风轮直径，单位为m；x为与风电机组的距离；k为尾流衰减系数，其表达式为：
式中，Z为风电机组的轮毂高度，为地表粗糙度。
第二种模型是EVM尾流模型，Ainslie 提出的二维轴对称涡流理论模型（EVM 尾流模型）假定尾流区为二维轴对称，坐标系采用柱坐标，利用涡流黏度约束以及时间平均 RANS 公式计算轴对称结构的风电机组的尾流。该模型加入了流场中流体湍流效应带来的影响，风速在截面方向上呈非线性分布，并假定气流是不可压缩的。模型将尾流区域分为近尾流区、过渡区和远尾流区，其表达式为：
