基于CFD的風電場湍流強度計算研究與應用

　　2.1 大氣湍流強度
　　大氣湍流強度是風速隨時間和空間變化的程度，反映脈動風速的相對強度，是描述大氣湍流運動特性的最重要的特征量，同時也是影響風力發電機組疲勞壽命的一個重要參數。湍流強度可表征為脈動風速均方根值與平均風速的比值：

　　式中：u，v，w —分別為縱向、橫向和豎向3 個正交方向上的瞬時風速分量；
　　u`、v`、w′—分別為對應的3 個正交方向上的脈動風速分量；V— 平均風速。
　　3 個正交方向上的瞬時風速分量的湍流強度分別定義為：

　　在大氣邊界層的地表層中，三個方向的湍流強度是不相等的，一般εu >εv >εw。在地表層上面，三個方向的湍流強度逐漸減小，并隨著高度的增加趨于相等。在風工程研究中，主要考慮與平均風速方向平行的縱向湍流強度εu。風電工程計算中，10 分鐘湍流強度IT 可按下式計算：
　　I_T =σ/ν
　　式中：σ—10 分鐘風速標準偏差；ν—10 分鐘平均風速（m/s）。IEC61400-1 標準定義的湍流強度等級如表1 所示：

　　＊ Iref ： 風速為15m/s 是湍流強度期望值。

　　由上表可看出，當Iref >0.16 時，表示湍流處于較高水平，當I_ref <0.12時，表示湍流處于較低水平。湍流強度影響風電機組運行的安全性和發電量，在風資源評估和風電機組選型中占據重要的地位。