无限大阵列中潮汐涡轮机的性能与尾流特性

大型阵列中潮汐流涡轮机的效率取决于涡轮尾流相互作用的负面效应与局部阻塞引起的旁路流加速的正面效应之间的平衡，这两者都是涡轮布局的函数。在此，我们研究了无限大阵列中采用对齐或交错布局、具有一系列流向与横向涡轮间距的涡轮水动力学。首先，我们基于线性动量致动盘理论（LMADT）的扩展，对完美对齐和交错布局给出理论分析，采用混合无粘-粘性方法，以耦合方式考虑每一涡轮行内的局部阻塞效应以及每行之后的粘性（湍流）尾流混合。我们使用带周期边界条件的致动线方法对明渠流动中28种潮汐涡轮布局进行了大涡模拟（LES）。理论与LES结果均表明，对齐阵列中涡轮的效率（或给定体积流速下涡轮的功率）随流向间距减小而降低，而交错阵列中的效率保持较高，若横向涡轮间距足够小，甚至可能因正的局部阻塞效应（导致每台涡轮上游局部流速超过体积流速）而提高。LES结果进一步揭示，尾流蜿蜒的振幅随横向间距减小而趋于降低，这导致近尾流区尾流恢复率较低。这些结果将有助于理解和提升未来大型阵列中潮汐涡轮机的效率，尽管真实潮汐阵列的性能可能不仅取决于涡轮间相互作用，还取决于阵列与自然潮汐流之间的宏观尺度相互作用，而后者不在本研究范围之内。