Generation and decay of counter-rotating vortices downstream of yawed wind turbines in the atmospheric boundary layer
Generation and decay of counter-rotating vortices downstream of yawed wind turbines in the atmospheric boundary layer
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偏航风力发电机下游大气边界层反向旋转涡流的产生和衰减
DOI：
10.1017/jfm.2020.717
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发表时间：
2020
影响因子：
3.7
通讯作者：
Meneveau, Charles
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shapiro, Carl R.;Gayme, Dennice F.;Meneveau, Charles
需要定量了解偏航风力涡轮机产生的反向旋转涡对（CVP）的产生和衰减的主要机制，以充分实现偏航风力发电场功率最大化和调节的潜力。湍流大气边界层中偏航风力涡轮机的大涡模拟（LES）观测结果和飞机尾涡文献中的概念为脱落涡度和环流模型提供了信息。该模型是通过对涡量输运方程的简化形式进行解析积分而形成的。该方法基于涡粘性方法，以边界层摩擦速度作为速度尺度，以涡度分布宽度作为长度尺度。与广泛使用的詹森模型在风力发电场的尾流赤字演变，我们的分析表达式不需要昂贵的微分方程的数值积分。最大涡度和总环流的下游衰减与大涡模拟结果吻合较好。我们还表明，涡度长度尺度线性增长的下游距离，并找到几个最大涡度衰减的幂律。这些结果支持了CVP的衰减是由尾流对称线处涡量通过交叉扩散逐渐抵消所主导的观点。
A quantitative understanding of the dominant mechanisms that govern the generation and decay of the counter-rotating vortex pair (CVP) produced by yawed wind turbines is needed to fully realize the potential of yawing for wind farm power maximization and regulation. Observations from large eddy simulations (LES) of yawed wind turbines in the turbulent atmospheric boundary layer and concepts from the aircraft trailing vortex literature inform a model for the shed vorticity and circulation. The model is formed through analytical integration of simplified forms of the vorticity transport equation. Based on an eddy viscosity approach, it uses the boundary-layer friction velocity as the velocity scale and the width of the vorticity distribution itself as the length scale. As with the widely used Jensen model for wake deficit evolution in wind farms, our analytical expressions do not require costly numerical integration of differential equations. The predicted downstream decay of maximum vorticity and total circulation agree well with LES results. We also show that the vorticity length scale grows linearly with downstream distance and find several power laws for the decay of maximum vorticity. These results support the notion that the decay of the CVP is dominated by gradual cancellation of the vorticity at the line of symmetry of the wake through cross-diffusion.
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影响因子：
3.7
作者：
H. Zong;F. Porté
通讯作者：
F. Porté
两个反向旋转的扩散涡流
DOI：
--
发表时间：
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期刊：
影响因子：
--
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S. Shankar
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--
发表时间：
2020
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Journal of Physics: Conference Series
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--
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作者：
Meneveau, Charles
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Meneveau, Charles
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--
发表时间：
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期刊：
影响因子：
--
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