An LES Model for Wind Farm-Induced Atmospheric Gravity Wave Effects Inside Conventionally Neutral Boundary Layers
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. The interaction of large wind farm clusters with the thermally-stratified atmosphere has emerged as an important physical process that impacts the productivity of wind farms. Under stable conditions, this interaction triggers the creation of atmospheric gravity waves (AGWs) due to the vertical displacement of the boundary layer by the wind farm. AGWs induce horizontal pressure gradients within the boundary layer that alter the wind speed distribution within the farm, influencing both wind farm power generation and wake development. Additional factors, such as the growth of an internal boundary layer originating from the wind farm entrance and increased turbulence due to the wind turbines, further contribute to wake evolution. Recent studies have highlighted the considerable computational cost associated with simulating gravity wave effects within large eddy simulations (LES), as a significant portion of the free atmosphere must be resolved due to the large vertical spatial scales involved. Additionally, specialized boundary conditions are required to prevent wave reflections from contaminating the solution. In this study, we introduce a novel methodology to model the effects of AGWs without extending the LES computational domain into the free atmosphere. The proposed approach addresses the wave reflection problem inherently, eliminating the need for these specialized boundary conditions. We utilize the recently developed multi-scale coupled (MSC) model of Stipa et al. (2023b) to estimate the vertical boundary layer displacement triggered by the wind farm, and apply the deformation to the domain of an LES that extends only to the inversion layer. We validate our AGW modeling technique for two distinct free atmosphere stability conditions, comparing it to the traditional approach in which AGWs are fully resolved using a domain extending several kilometers into the free atmosphere. The proposed approach accurately captures AGW effects on the row-averaged thrust and power distribution of wind farms while demanding less than 15 % of the computational resources compared to traditional methods. This can be further reduced in cases of conventionally neutral boundary layers, since there is no longer a need for solving the potential temperature equation. The developed approach is used to compare global blockage and pressure disturbances obtained from the simulated cases against a solution characterized by zero boundary layer displacement, which represents a limiting case of very strong free atmosphere stratification. Finally, we discuss the implications of making such "rigid-lid" approximation, instead of considering the full gravity wave solution, when predicting wind farm power.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».