基于涡片的偏航风力机后卷曲尾流解析模型

出于对偏航风力机后非经典尾流演化的紧凑描述的需求，我们开发了一个解析模型来预测卷曲尾流的形状。此类建模的兴趣源于尾流转向作为一种缓解风电场中下游风力机功率降低和非定常载荷的策略的潜力。我们首先估计由于偏航偏移和旋转叶片在尾流边缘脱落的涡量分布。通过将尾流边缘视为理想薄涡片，我们描述了其随流动运动的随时间演化。涡片方程使用幂级数展开法求解，并获得了尾流形状的近似解。然后通过使用对流速度将涡片的随时间演化映射为空间演化。除尾流形状外，还建模了包含地面效应的尾流横向偏移。我们的结果表明，若采用合适的无量纲变量，卷曲尾流的形状存在普适解。对于湍流边界层来流的情况，包含了由于湍流扩散引起的涡片环量衰减。最后，我们通过纳入预测的卷曲尾流形状和偏移来修正高斯尾流模型，从而可以计算偏航风力机后的尾流剖面。模型预测针对具有不同运行条件的风力机，与大涡模拟和实验室实验进行了验证。