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Enregistrement W4401257896 · doi:10.5194/wes-9-1647-2024

A large-eddy simulation (LES) model for wind-farm-induced atmospheric gravity wave effects inside conventionally neutral boundary layers

2024· article· en· W4401257896 sur OpenAlexafffund
Sebastiano Stipa, Mehtab Ahmed Khan, Dries Allaerts, Joshua Brinkerhoff

Notice bibliographique

RevueWind energy science · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueWind Energy Research and Development
Établissements canadiensOkanagan University CollegeUniversity of British Columbia, Okanagan CampusUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésPlanetary boundary layerAtmosphere (unit)Wind gradientBoundary layerWakeLarge eddy simulationTurbulenceMeteorologyAtmospheric sciencesWind powerWind speedEnvironmental scienceWind shearMechanicsGeophysicsGeologyPhysicsEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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 atmospheric gravity waves (AGWs) in the free atmosphere due to the vertical displacement of the atmospheric boundary layer (ABL) by the wind farm. AGWs induce horizontal pressure gradients within the ABL 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 (LESs), 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. (2024b) to estimate the vertical ABL displacement triggered by the wind farm, and we apply the deformation to the domain of an LES that extends only to the inversion layer. The accuracy in predicting the AGW-induced pressure gradients is equivalent to the MSC model. The AGW modeling technique is verified for two distinct free-atmosphere stability conditions by comparing it to the traditional approach in which AGWs are fully resolved using a domain that extends 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 12.7 % of the computational resources needed for traditional methods. Moreover, when conventionally neutral boundary layers are studied, there is no longer a need to solve the potential temperature equation, as stability is neutral within the boundary layer. The developed approach is subsequently used to compare the global blockage and pressure disturbances obtained from the simulated cases against a solution characterized by zero boundary layer displacement, which represents the limiting case of very strong stratification above the boundary layer. This approximation, sometimes referred to as the “rigid lid”, is compared against the full AGW solution using the MSC model. This is done for different values of inversion strength and free atmosphere lapse rate, evaluating the ability of the “rigid lid” to predict blockage, wake effects, and overall wind farm performance.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,026
Score d'incertitude au seuil0,051

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,020
Tête enseignante GPT0,263
Écart entre enseignants0,243 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations9
Publié2024
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