海上风电基础设施引起的混合效应：解析垂直圆柱后的密度分层尾流
流体动力学
2026-02-12 v2
摘要
海上风电正在快速发展以满足清洁和安全的能源需求。新的开发越来越局限于深度季节性分层水域。在这些水域中，海上风电基础设施周围的流将增加水柱混合，尽管这些过程及其程度尚不清楚。此前的研究仅限于：场尺度模拟，其对流动-结构相互作用和精细分层湍流做出了笼统假设；以及场观测，其受限于测量活动的稀疏性和捕获数据的局限性。为了隔离并量化基础设施引起水柱混合的关键过程，我们首次提出了两层分层流绕垂直圆柱的结构分辨直接数值模拟。我们识别出两种依赖于流动雷诺数和理查森数的尾流区域：i）弱分层区域，以窄但高能量的尾流为特征，由水平剪切主导；ii）强分层区域，以附着于圆柱的跨越热跃层的回流区为特征。在此，强垂直运动发展，负责形成大规模稳态内波。这些波占总能量预算的高达 10%，并提供了一种远场能量传播的新机制。弱分层尾流区域是现有海上风电场的特征，在这些场所有相对较弱的温度梯度；新识别的强分层区域描述了在新未来深水海上风电场预期出现的动力学。这两种区域之间的差异解释了此前令人困惑的关于尾流持续性和可探测性的场观测。这些模拟为验证未来模型和缩小理想化模拟与场尺度流动之间的差距提供了关键基准。
引用
@article{arxiv.2512.10751,
title = {Mixing by offshore wind infrastructure: Resolving the density stratified wakes past vertical cylinders},
author = {Charlie J. Lloyd and Robert M. Dorrell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10751},
year = {2026}
}