用于大型风电场时变建模的双尺度动量理论
流体动力学
2020-10-13 v2
摘要
本文提出一种基于动量守恒定律的理论，以定义并辅助分析大型风电场空气动力学问题。该理论将问题拆分为两个子问题：一是“外部”(或风场尺度)问题，这是一个时变问题，考虑大气边界层(ABL)的大尺度运动，以评估某一时刻 ABL 底部阻力可用的动量大小；二是“内部”(或风机尺度)问题，这是一个准稳态(就 ABL 大尺度运动而言)问题，描述 ABL 底部阻力分解为风机阻力和陆地/海面摩擦。两个子问题通过一个称为“风场风速折减因子”或“风场诱导因子”的无量纲参数相互耦合，并推导出一个简单的解析方程，可利用两个子问题获得的信息迭代求解。这种一般形式的耦合允许我们将本理论用于各尺度不同类型的流动模型，例如外部问题采用数值天气预报(NWP)模型、内部问题采用计算流体动力学(CFD)模型。本文先针对简化风场情形给出理论，随后讨论该理论如何(以近似方式)应用于现实问题；例如，如何估算给定环境条件下某大型风场因所谓“风场阻塞效应”而产生的功率损失。
引用
@article{arxiv.1909.11449,
title = {Two-scale momentum theory for time-dependent modelling of large wind farms},
author = {Takafumi Nishino and Thomas D. Dunstan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.11449},
year = {2020}
}