原文出自 Energies 期刊

Belvasi, N.; Conan, B.; Schliffke, B.; Perret, L.; Desmond, C.; Murphy, J.; Aubrun, S. Far-Wake Meandering of a Wind Turbine Model with Imposed Motions: An Experimental S-PIV Analysis. Energies 2022, 15, 7757. https://doi.org/10.3390/en15207757

引言

蜿蜒是风力机尾迹的低频大尺度运动，会增加下游风力机的疲劳载荷，降低风电场发电功率。对于漂浮式海上风力发电机 (Floating Offshore Wind Turbine, FOWT)，浮体运动可能对尾迹蜿蜒产生影响。本文介绍来自爱尔兰的 Navid Belvasi 等学者开展的指定运动对尾迹蜿蜒影响的实验研究。相关工作发表在 Energies。

实验设置

相关实验在法国南特中央理工学院的 LHEEA 大气边界层风洞开展。该风洞长26米，横截面为2米×2米，风洞配备了一套湍流发生器，以1:500的几何缩小比例产生了具有海洋边界层特征的边界层。当前算例所产生速度廓线满足具有α = 0.1的幂律指数，地面粗糙度高度z0 = 5.5×10−6米。在轮毂高度处，风速为2.85 m/s，大气边界层为中性，湍流强度为8%。所模拟的风力机模型基于 FLOATGEN 项目的一个2兆瓦漂浮式风力机设计，其风轮直径为80米，轮毂高度为60米。实验中，以1:500的比例缩小，采用了一个多孔圆盘进行模化 (图1)。实验所测试算例见表1，使用3自由度 (3DoF) 的运动系统，将结构运动的时间序列施加在多孔圆盘上，所考虑运动包括纵荡、俯仰和上下运动。S-PIV 测量平面的位置位于圆盘下游8.125 D (D 为风轮直径)，从而方便计算尾迹在横向和垂直方向的特征。

图1. 实验所采用风力机模型示意图。

表1. 实验测试算例列表。

结果

图2展示了不同给定运动下，尾迹横向速度、流向湍流强度和湍动能的横向分布廓线。表2显示了尾迹中心时间序列的统计量，包括标准差、偏度和峰度。图3显示了远尾迹可利用功率的功率谱密度。

图2. 远尾迹 (8.125 D) 平均速度 (A)、流向湍流强度 (B)、湍动能 (C) 的横向分布廓线。

表2. 尾迹中心时间序列的统计量。

图3. 在x = 8.125 D处测得的圆盘尾迹可利用功率的功率谱密度 (PSD)。

主要结论

该工作利用风洞实验研究了不同指定运动下远尾迹的蜿蜒特性。结果显示，所考虑的指定运动对远尾迹的速度和湍动能分布没有显著影响。然而，在远尾迹区的摆动频率特征以及远尾迹的流向特性 (如可利用功率) 中观察到了指定运动的频谱信息。

撰稿人：杨晓雷

Energies 期刊介绍

主编：Enrico Sciubba, University of Roma Sapienza, Italy

期刊发表涵盖能源动力工程、技术开发以及能源政策经济管理等相关领域的最新研究成果。

2022 Impact Factor：3.2

2022 CiteScore：5.5

Time to First Decision：15.7 Days

Time to Publication：40 Days