Robust validation of a generalised actuator disk CFD model for tidal turbine analysis using the FloWave ocean energy research facility
Robust validation of a generalised actuator disk CFD model for tidal turbine analysis using the FloWave ocean energy research facility
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使用 FloWave 海洋能源研究设施对用于潮汐涡轮机分析的广义执行器盘 CFD 模型进行稳健验证
DOI：
10.1016/j.renene.2022.03.109
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
8.7
通讯作者：
Badoe C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Badoe C
耦合叶素动量-计算流体动力学（BEM-CFD）方法已被广泛用于研究潮汐流涡轮机性能和尾流发展。与在拖曳槽或调节水槽中进行的试验（涡轮机上有均匀的水流）相比，这些方法已被证明是准确的。虽然这些研究可能非常有用，但在更大规模的环境中，结果在多大程度上会有所不同，其中流动更能代表真实世界的条件，无论是不稳定还是不均匀。在这项工作中，广义致动器盘计算流体动力学（GAD-CFD）方法在准确捕捉流体-机器相互作用的单个和多个潮汐能转换器模型的有效性进一步评估。一个独特的大型实验设施，FloWave，已被用来进行物理测试的转子直径为1.2米的三个仪表模型潮汐能转换器在不同的涡轮机布局和现实规模的环境条件。这些大规模的测试提供了一个独特的数据集，这项工作的数值模拟已经得到了广泛的验证。水槽和GAD-CFD方法之间的比较显示出良好的一致性，特别是在比较模拟推力和测量推力时，并能够评估涡轮机间距和布置对涡轮机性能和流场响应的影响。
Coupled blade element momentum-computational fluid dynamic (BEM-CFD) approaches have been extensively used to study tidal stream turbine performance and wake development. These approaches have shown to be accurate when compared to tests conducted in tow-tanks or in regulated flumes with uniform flows across the turbine. Whilst such studies can be very useful, it is questionable as to what extent the results would differ in a larger scale environment where the flow is more representative of real-world conditions, being either unsteady or non-uniform. In this work, the effectiveness of a generalised actuator disk-computational fluid dynamics (GAD-CFD) approach in accurately capturing fluid-machine interaction for single and multiple tidal energy converters models is further assessed. A unique large-scale experimental facility, FloWave, has been used to conduct physical testing of three instrumented model tidal energy converters of rotor diameter 1.2 m under differing turbine layouts and realistic scaled environmental conditions. These large-scale tests provide a unique dataset against which this work's numerical simulations have been extensively validated. Comparisons between the tank and GAD-CFD approach show good agreement, particularly when comparing modelled to measured thrust, and enabled an evaluation of the effects of turbine spacing and arrangement on turbine performance and flow-field response.
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Fureby, C