高雷诺数下风力涡轮尾流的时变特性
流体动力学
2026-03-23 v2
摘要
在大气边界层中运行的风力涡轮机不断暴露于时变流动条件下。这些扰动通常发生在与风力涡轮机控制器相似的时间尺度上，可能会干扰基于稳态流动假设运行的风电场控制策略。本研究旨在探讨此类时间变化对风力涡轮机尾流动力学的重要性，重点关注代表大型风电场中准稳态过程的缓慢时间尺度。实验在近公用事业级雷诺数（）下的增压空气风洞中进行，通过在低 Strouhal 数（）下施加时变发电机转矩，迫使风力涡轮机进行周期性转速振荡。涡轮机尾流的流场测量表明，扰动以行波形式在尾流中传播，这些行波以尾流速度而非自由流速度发生非线性平流输送。尾流行为可以用准稳态方式描述，但前提是必须通过拉格朗日变换考虑尾流平流效应。即使在准稳态状态下，也可以通过独立改变涡轮机推力和叶尖速比来控制尾流的时空演化。结果表明，尾流平流对于风电场建模和控制具有重要参考意义，且时变控制可能允许在标称准稳态条件下调节风力涡轮机尾流相互作用，从而优化风电场性能。
引用
@article{arxiv.2505.22788,
title = {Time-varying wind-turbine wakes at high Reynolds numbers},
author = {Nathaniel J. Wei and Adina Y. Fleisher and John W. Kurelek and Marcus N. Hultmark},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.22788},
year = {2026}
}