垂直轴风机的主动流控：基于大涡模拟与有限时阻抗分析的见解
流体动力学
2025-07-14 v1
摘要
应用于提高 NACA0018 机翼作为单叶垂直轴风机 (Vertical Axis Wind Turbine, VAWT) 空气动力学性能的主动流控。通过壁面解析大涡模拟 (Large-eddy simulations, LES) 计算结果，突出了动 Stall 旋流涡 (dynamic stall vortex, DSV) 和机翼后缘旋流涡 (trailing-edge vortex, TEV) 对涡轮效率的不利影响，主要通过增加阻力和能量损失实现。所提出的流控策略有效延迟了流分离，并抑制了大尺度旋流的形成，尤其是在适中激励频率下效果显著。控制参数基于双全局稳定性和有限时阻抗分析得出。这一技术识别了剪层层与尾流不稳定性之间的耦合模式激励，作为促进流体再附着和防止涡旋积聚的机制，从而最终导致扭矩产出提升。该控制策略具有能效高的特点，仅消耗涡轮输出功率的 1%，即可实现显著的空气动力学性能提升。这些发现表明了基于物理的主动流控在缓解动 Stall 方面的潜力，以及推动下一代 VAWT 设计的前景。
引用
@article{arxiv.2507.08625,
title = {Active flow control of vertical-axis wind turbines: Insights from large-eddy simulation and finite-time resolvent analysis},
author = {Lucas Feitosa de Souza and Renato Fuzaro Miotto and William Roberto Wolf},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.08625},
year = {2025}
}
备注
51 pages, 9 figures