The actuator farm model for large eddy simulation (LES) of wind-farm-induced atmospheric gravity waves and farm–farm interaction
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. This study introduces the actuator farm model (AFM), a novel parameterization for simulating wind turbines within large eddy simulations (LESs) of wind farms. Unlike conventional models like the actuator disk (AD) or actuator line (AL), the AFM utilizes a single actuator point at the rotor center and only requires two to three mesh cells across the rotor diameter. Turbine force is distributed to the surrounding cells using a new projection function characterized by an axisymmetric spatial support in the rotor plane and Gaussian decay in the streamwise direction. The spatial support's size is controlled by three parameters: the half-decay radius r1/2, smoothness s, and streamwise standard deviation σ. Numerical experiments on an isolated National Renewable Energy Laboratory (NREL) 5MW wind turbine demonstrate that selecting r1/2=R (where R is the turbine radius), s between 6 and 10, and σ≈Δx/1.6 (where Δx is the grid size in the streamwise direction) yields wake deficit profiles, turbine thrust, and power predictions similar to those obtained using the actuator disk model (ADM), irrespective of horizontal grid spacing down to the order of the rotor radius. Using these parameters, LESs of a small cluster of 25 turbines in both staggered and aligned layouts are conducted at different horizontal grid resolutions using the AFM. Results are compared against ADM simulations employing a spatial resolution that places at least 10 grid points across the rotor diameter. The wind farm is placed in a neutral atmospheric boundary layer (ABL) with turbulent inflow conditions interpolated from a previous simulation without turbines. At horizontal resolutions finer than or equal to R/2, the AFM yields similar velocity, shear stress, turbine thrust, and power as the ADM. Coarser resolutions reveal the AFM's ability to accurately capture power at the non-waked wind farm rows, although it underestimates the power of waked turbines. However, the far wake of the cluster can be predicted well even when the cell size is of the order of the turbine radius. Finally, combining the AFM with a domain nesting method allows us to conduct simulations of two aligned wind farms in a fully neutral ABL and of wind-farm-induced atmospheric gravity waves under a conventionally neutral ABL, obtaining excellent agreement with ADM simulations but with much lower computational cost. The simulations highlight the AFM's ability to investigate the mutual interactions between large turbine arrays and the thermally stratified atmosphere.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».