A Note on the Effects of Local Blockage and Dynamic Tuning on Tidal Turbine Performance
A Note on the Effects of Local Blockage and Dynamic Tuning on Tidal Turbine Performance
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局部阻塞和动态调谐对潮汐涡轮机性能影响的说明
DOI：
10.1115/1.4047357
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Adcock T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Adcock T
数值模拟被用来探索潜在的局部阻塞效应和动态调整策略，以提高涡轮机在潮汐通道中的性能。全宽和部分宽度的涡轮机阵列，使用体积通量约束的致动器盘和叶片元素动量理论建模，嵌入在一个二维通道内，阻力与惯性力的比率自然较低。对于稳定流，发现通过改变涡轮机之间的横流间距观察到的局部阻塞效应与Nishino和Willden的双尺度致动器盘理论的预测非常一致（2012，“The Efficiency of an Array of Tidal Turbines Partially Blocking a Wide Channel，”J. Fluid Mech.，708，pp. 596-606）。然而，对于振荡流，结果表明，与博纳尔等人的发现一致。（2019年，“关于粗糙和振荡通道流中潮汐涡轮机的布置”，J. Fluid Mech.，第865页790-810），更短和更高度阻塞的阵列产生比双尺度理论预测的大得多的功率。结果还表明，与Vennell（2016年，“潮汐涡轮机的最佳调整策略”，Proc. R. A，472（2195），第20160047页），如果阵列具有大量的涡轮机行或较大的局部阻塞比，则“动态”调谐策略（其中涡轮机的调谐在潮汐周期内变化）只能产生比时间固定的涡轮机调谐明显更多的功率。对于考虑的所有情况下，趋势是一致的两个涡轮机表示，但局部堵塞和动态调谐的影响被发现是更现实的潮汐转子比理想化的致动器盘的显着性要小得多。
Numerical simulations are used to explore the potential for local blockage effects and dynamic tuning strategies to enhance the performance of turbines in tidal channels. Full- and partial-width arrays of turbines, modeled using the volume-flux-constrained actuator disc and blade element momentum theories, are embedded within a two-dimensional channel with a naturally low ratio of drag to inertial forces. For steady flow, the local blockage effect observed by varying the cross-stream spacing between the turbines is found to agree very well with the predictions of the two-scale actuator disc theory of Nishino and Willden (2012, “The Efficiency of an Array of Tidal Turbines Partially Blocking a Wide Channel,” J. Fluid Mech., 708, pp. 596–606). For oscillatory flow, however, results show that, consistent with the findings of Bonar et al. (2019, “On the Arrangement of Tidal Turbines in Rough and Oscillatory Channel Flow,” J. Fluid Mech., 865, pp. 790–810), the shorter and more highly blocked arrays produce considerably more power than predicted by two-scale theory. Results also show that, consistent with the findings of Vennell (2016, “An Optimal Tuning Strategy for Tidal Turbines,” Proc. R. Soc. A, 472(2195), p. 20160047), the “dynamic” tuning strategy, in which the tuning of the turbines is varied over the tidal cycle, can only produce significantly more power than a temporally fixed turbine tuning if the array has a large number of turbine rows or a large local blockage ratio. For all cases considered, trends are consistent between the two turbine representations but the effects of local blockage and dynamic tuning are found to be much less significant for the more realistic tidal rotor than for the idealized actuator disc.
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