基于模态分解的风力机尾迹特征研究

作者：刘明; 王伯福^*

来源：力学季刊, 2022, 43(04): 896-907.

DOI：10.15959/j.cnki.0254-0053.2022.04.016

• 风力机尾迹
• 大涡模拟
• 致动线
• 本征正交分解
• 动力学模态分解

水平轴风力机的尾迹对风电性能和下游风力机疲劳载荷有重要影响．本文采用致动线模型(Actuator line method, ALM)的大涡模拟方法(Large-eddy simulation, LES)研究了NREL-5MW风力机尾迹的时空演化特征．从获得的瞬时场可以看出叶尖涡向下游发展后变成涡环，涡环失稳产生大量涡丝，涡丝重连生成小尺度涡环，小尺度涡环进一步破碎成更小的湍流结构．从平均场可以看出来流经过风力机后，速度发生台阶式降低，速度亏损剖面形状为W形．随着尾迹向下游发展，尾迹速度逐渐恢复且湍流强度逐渐增大，直至风力机后5个转子直径处速度亏损剖面的形状变为U形，但湍流强度的峰值开始降低．通过本征正交分解方法(Proper orthogonal decomposition, POD)和动力学模态分解方法(Dynamic mode decomposition, DMD)分析发现，风力机尾迹演化过程中叶片旋转的相关模态、涡环模态都可以被很好地捕捉到．

• 单位
  上海市应用数学和力学研究所; 上海大学; 南方科技大学