一种纯解析且考虑大气分层的风力机湍流模型
大气与海洋物理
2025-10-21 v1 流体动力学
摘要
推导一种纯解析的风力机湍流模型，仅基于大气湍流与风力机动力学之间的物理相互作用，因此天然地考虑了大气分层的影响。不同于依赖假设湍流缺失形状或可调系数的经验模型，本模型仅从可测量的入流特性——即湍流强度和湍流积分时间尺度——预测湍流缺失。针对 IEA 15MW 和 NREL 5MW 风力机，分别在稳定、中性和不稳定条件下，使用 Meso-NH 模拟进行系统验证，结果在各种大气条件下表现出良好一致性。重要的是，虽然该模型需要这些特定的湍流统计信息作为输入，但对积分时间尺度的敏感性很弱，这确保了即使在入流特征估计有适度不确定性时也能保持鲁棒性。与最先进的超高斯解析模型进行比较分析，结果表明本方法在不稳定和中性分层条件下表现优异。这些结果表明， incorporating 更丰富的入流物理量化特征以获得预测准确性的努力是合理的，这为在实际风能应用中基于物理的、无校准自湍流建模提供了明确的路径。
关键词
引用
@article{arxiv.2510.17236,
title = {A purely analytical and physical wind turbine wake model accounting for atmospheric stratification},
author = {Emeline Noël and Erwan Jézéquel and Pierre-Antoine Joulin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.17236},
year = {2025}
}