使用流-沉积物-涡轮机耦合建模方法对垂直轴 MHK 涡轮机进行计算研究
流体动力学
2025-10-20 v1
摘要
我们提出了一项耦合的大涡模拟（LES）和河床形态动力学研究，以探究沉积物动力学对由致动面模型参数化的公用事业规模海洋水动力垂直轴涡轮机（VAT）性能的影响。通过解析涡轮机诱导的流动结构与河床演化之间的双向相互作用，该研究为在河流和海洋环境中部署 VAT 的环境影响提供了见解。考察了一系列叶尖速比，以评估尾流恢复、发电量和河床响应。采用致动面方法（ASM）来捕捉旋转垂直叶片对流动的影响，而浸入边界法则考虑了流体与河道壁和沉积物层的相互作用。结果表明，较高的 TSR 会加剧湍流，加速刚性河床上的尾流恢复，并在活动河床条件下增强涡轮机下方和下游的侵蚀和沉积模式。与刚性河床条件相比，活动河床条件下的河床变形通过射流引起不对称的尾流结构，进一步加速尾流恢复，并使涡轮机性能降低约 2%。考虑到 ASM 框架的计算成本（约为涡轮机解析方法的 ），它为评估流-沉积物-涡轮机相互作用提供了一种高效且稳健的工具。
引用
@article{arxiv.2510.15055,
title = {Computational study of vertical-axis MHK turbines using a coupled flow-sediment-turbine modeling approach},
author = {Mehrshad Gholami Anjiraki and Mustafa Meriç Aksen and Samin Shapourmiandouab and Jonathan Craig and Ali Khosronejad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.15055},
year = {2025}
}