Modelling the induction, thrust and power of a yaw-misaligned actuator disk
Modelling the induction, thrust and power of a yaw-misaligned actuator disk
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对偏航未对准执行器盘的感应、推力和功率进行建模
DOI：
10.1017/jfm.2023.129
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Howland, M.F.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Heck, K.S.;Johlas, H.M.;Howland, M.F.
集体风电场流量控制，其中风力涡轮机以单独的次优策略运行，以使综合农场受益，已显示出减少尾流相互作用和增加农场能源生产的潜力。然而，现有的用于流量控制的尾迹模型通常使用简化的经验公式来估计偏航涡轮的推力和功率，这些经验公式需要昂贵的校准数据，并且不能在涡轮模型之间进行准确的外推。偏航风力机的推力、尾迹速度差、尾迹偏转和功率取决于其诱导速度。在这里，我们扩展了经典的一维动量理论来模拟偏航偏心驱动盘的感应。建立了诱导、推力、初始尾流速度和功率随偏航角变化的解析表达式(模型建议。由于偏航不对中而损失的功率取决于推力系数。推导并验证了与偏航有关的最大功率推力系数的解析表达式。最后，利用所建立的感应模型作为湍流远尾迹模型的初始条件，我们演示了与单独的转向或感应控制相比，尾迹操纵和推力(感应)控制相结合是如何提高阵列功率的，这是因为感应与推力系数和偏航角的联合关系。
Collective wind farm flow control, where wind turbines are operated in an individually suboptimal strategy to benefit the aggregate farm, has demonstrated potential to reduce wake interactions and increase farm energy production. However, existing wake models used for flow control often estimate the thrust and power of yaw-misaligned turbines using simplified empirical expressions that require expensive calibration data and do not extrapolate accurately between turbine models. The thrust, wake velocity deficit, wake deflection and power of a yawed wind turbine depend on its induced velocity. Here, we extend classical one-dimensional momentum theory to model the induction of a yaw-misaligned actuator disk. Analytical expressions for the induction, thrust, initial wake velocities and power are developed as a function of the yaw angle ( model suggests. The power lost due to yaw misalignment depends on the thrust coefficient. An analytical expression for the thrust coefficient that maximizes power, depending on the yaw, is developed and validated. Finally, using the developed induction model as an initial condition for a turbulent far-wake model, we demonstrate how combining wake steering and thrust (induction) control can increase array power, compared to either independent steering or induction control, due to the joint dependence of the induction on the thrust coefficient and yaw angle.
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