风机阵列流动中喷流相互作用的雷诺平均Navier-Stokes建模评估
流体动力学
2026-04-22 v2
摘要
风机阵列风力发电机 (FAWG) 提供无法在传统风洞中再现的受控湍流入流条件。尽管其在实验研究中日益受到使用，但FAWG生成的流动数值建模仍基本未被探索。本研究评估了雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 建模预测10乘10风机阵列风机中喷流相互作用的能力。数值预测与来自参考配置的轴向速度和湍流强度实验测量值进行比较。个别风机单元采用基于从制造商数据重建的性能曲线推导的压力跳跃边界条件表示。验证了网格收敛性，考察了风机表示、运行工况和入流湍流条件的影响。结果表明，RANS建模在捕捉全局喷流相互作用拓扑和下游速度衰减方面具有相当准确的预测能力。然而，在近场注入区域和外周剪切层中观察到系统性的幅值偏差。湍流强度预测呈现更大偏差，反映了在高度混合支配流动中 eddy-viscosity 闭合的局限性。作为演示应用，加入低纵横比平板，以说明FAWG生成的入流的气动影响。总体而言，本研究表明，RANS建模结合压力跳跃风机表示，为预测FAWG系统的平均流结构提供了计算高效的框架，同时在解析局部湍流特征方面存在明显局限。
引用
@article{arxiv.2604.17352,
title = {Assessment of Reynolds-Averaged Navier-Stokes Modeling of Jet Interaction in Fan-Array Wind Generator Flows},
author = {M. Hosein Niroomand and Utku Şentürk},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.17352},
year = {2026}
}