风力及水动能涡轮阵列系统调控流动的框架
流体动力学
2018-02-01 v5
摘要
风力与水动能涡轮机常受限于可用能量被涡轮机自身运行限制的位置。在二维中，我们描述了一个阵列如何操纵稳态流动，将更多流体动能重新导向自身。两个涡轮阵列的计算例子给出了纳维-斯托克斯方程的解，以说明流动操纵的可行性，并激发了一个理想化模型。利用无粘流体动力学，我们强调了边界涡与流动偏转之间，以及自由涡与能量提取之间的关系。为了理解和设计增加入射到涡轮机的动能的流动操纵，我们考虑了一个约束在线段上的理想化偏转-涡轮阵列，充当内部流动边界。我们分别通过参数化流动偏转和尾流亏损，在该线段上施加边界涡和脱落涡的剖面，并使用无粘流体动力学分析所得流动。我们发现阵列提取的功率是两个分量的乘积：(i) 入射到阵列的偏转动能，以及 (ii) 阵列效率，两者都随偏转强度变化。阵列效率，即其提取入射能量的一部分的能力，随偏转增加从弱偏转时的约57%略微下降到强偏转时的39%。这种下降被随偏转增加的入射动能所抵消，导致功率提取单调改善，从而突出了流动偏转的益处。
引用
@article{arxiv.1601.05462,
title = {Framework for systematic flow manipulation by wind and hydrokinetic energy turbine arrays},
author = {Shreyas Mandre and Niall M. Mangan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1601.05462},
year = {2018}
}