阻塞、排布与河道动力学对潮汐阵列中水轮机性能的影响

潮汐阵列中水轮机的性能与经济性在很大程度上取决于单台水轮机的功率，因此能够提高该功率的方法对潮汐能的发展至关重要。本文将双尺度部分阵列模型与一维河道模型相结合，研究阻塞、水轮机排布以及河道动力学对潮汐水轮机的影响。单台水轮机功率表示为两个参数的乘积：衡量从瞬时流中获取功率的功率系数，以及表征河道对附加阻力响应的环境系数。结果表明，考虑河道动力学会降低预测功率与最优诱导因子。模型还显示，当一行中水轮机数量增加时，单台水轮机功率可能单调增加、单调减少，或在某一全局阻塞处达到最大值。这些不同结果取决于河道的两个特征参数：$\alpha$ 和 $\lambda_D$。此外，我们发现若想获得高效阵列，除水轮机密度（阻塞）外还应考虑水轮机的排布。恰当的排布可提升潮汐河道中水轮机的性能，尽管其有益效果会被流速降低部分抵消。水轮机排布还会影响功率达最大值时的最优全局阻塞。由于从横跨整个河道宽度的阵列到最优部分阵列的单台功率增长率随阻塞增大而减小，最优全局阻塞也将随之降低。