风切变对大气边界层流动中偏航风力机尾流的影响

本文采用大涡模拟(LES)研究风切变(由科里奥利加速度引起的随高度变化的横向风偏转)对风力机尾流演化的影响。具体而言，本工作聚焦于相对于平均来流风速偏航的风力机，其产生横向偏转且具有卷曲(新月形)结构的尾流。这些效应可归因于流向平均涡量的引入以及尾流上下方反向旋转涡对(CVP)的形成。在不存在风切变效应的真中性边界层(TNBL)中，现有解析尾流模型(Bastankhah et al. J. Fluid Mech. (2022), 933, A2)能很好地捕捉这些效应。然而，在受科里奥利加速度影响的更真实的大气边界层情形中，现有模型需重新检验并推广以纳入风切变效应。为此，本研究探讨了常规中性大气边界层(CNBL)中与偏航风力机相互作用的流动。结果表明，在存在切变时，CVP的上下涡表现出显著不对称性。然而，去除涡量的切变分量后，所得分布对称得多，并与TNBL中观测到的分布吻合良好。这些结果用于开发一个简单修正，以利用解析模型预测CNBL中偏航风力机尾流的平均速度分布。该修正包含了Abkar et al. (Energies (2018), 11(7), 1838)提出的切变诱导的侧向尾流变形。所得模型预测与LES的平均速度分布进行了比较，取得了良好一致。