垂直轴风力机非对称尾流的分析模型

由于近距离垂直轴风力机（VAWTs）间的正协同效应，垂直轴风力机阵列相比水平轴风力机风场可在单位土地面积上实现更大发电量。理论尾流模型能够可靠设计使能量输出最大化的阵列布局，其须刻画主导性尾流动力学。VAWTs 产生高度复杂的尾流，其演化由两个控制长度尺度决定，即定义矩形尾流截面的转子直径与高度，并呈现不同的尾流扩张率。本文提出考虑此类尾流扩张非对称分布的顶帽与高斯速度亏损分布分析型 VAWT 尾流模型。我们提出的高斯分析模型改进了初始尾流扩张预测，转子后尾流宽度（$\varepsilon$）等于 $(\beta/4 \pi)^{1/2}$，其中 $\beta$ 为初始尾流面积与 VAWT 迎风面积之比，这解决了先前模型低估尾流起始面积的局限。速度亏损预测在一组包含单台及四台串联垂直轴风力机的数值基准中计算。与现场数据及大涡模拟对比，我们的模型在表征平均尾流分布、最大速度亏损与动量厚度方面具有良好精度，其中高斯模型预测最优。这些模型将有助于指导 VAT 阵列设计并加速该技术发展。