不可稳定流束中风机的涡流动力学
流体动力学
2024-12-04 v1
摘要
风机床流在动态强迫条件下的不可稳定流动力学对于风电场的最优功率密度建模和控制至关重要。流束中的不可稳定强迫可能由大气边界层中的不可稳定入口条件、风机的动态诱导控制，或由于浮动平台振荡导致的浮动式海上风机的沿流线冲击运动所生成。本研究旨在识别由周期上游入口条件强迫的不可稳定床流中的支配流动机制。推导了该问题的理论框架，描述床半径和沿流速度的 traveling-wave 波动。这些动力学鼓励尖涡聚集成大尺度结构并沿床流被输送。获取了浮动式冲击风机床流的流量测量，在可视化对拖线池设施中进行，基于直径的平均雷诺数为 30 万，冲击速度�幅最高可达平均入口速度的 40%。在测量趋势与模型预测之间观察到定性一致性，支持理论分析的有效性。实验还显示相对于稳定流情况的床恢复有显著增强，床长度缩短最高可达 46.5%，在直径距离 10 个单位处可用功率提升最高可达 15.7%。这些结果为理解不可稳定床流的动力学提供了基本见解，并作为不可稳定流体力学可被利用以增加风电场功率密度的另一证据。
引用
@article{arxiv.2406.11693,
title = {Wake dynamics of wind turbines in unsteady streamwise flow conditions},
author = {Nathaniel J. Wei and Adnan El Makdah and JiaCheng Hu and Frieder Kaiser and David E. Rival and John O. Dabiri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.11693},
year = {2024}
}