Wake dynamics of wind turbines in unsteady streamwise flow conditions
Notice bibliographique
Résumé
The unsteady flow physics of wind-turbine wakes under dynamic forcing conditions are critical to the modelling and control of wind farms for optimal power density. Unsteady forcing in the streamwise direction may be generated by unsteady inflow conditions in the atmospheric boundary layer, dynamic induction control of the turbine or streamwise surge motions of a floating offshore wind turbine due to floating-platform oscillations. This study seeks to identify the dominant flow mechanisms in unsteady wakes forced by a periodic upstream inflow condition. A theoretical framework for the problem is derived, which describes travelling-wave undulations in the wake radius and streamwise velocity. These dynamics encourage the aggregation of tip vortices into large structures that are advected along in the wake. Flow measurements in the wake of a periodically surging turbine were obtained in an optically accessible towing-tank facility, with an average diameter-based Reynolds number of 300 000 and with surge-velocity amplitudes of up to 40 % of the mean inflow velocity. Qualitative agreement between trends in the measurements and model predictions is observed, supporting the validity of the theoretical analyses. The experiments also demonstrate large enhancements in the recovery of the wake relative to the steady-flow case, with wake-length reductions of up to 46.5 % and improvements in the available power at 10 diameters downstream of up to 15.7 %. These results provide fundamental insights into the dynamics of unsteady wakes and serve as additional evidence that unsteady fluid mechanics can be leveraged to increase the power density of wind farms.
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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 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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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 ».