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浪致海气耦合效应对海上风电场的尾流及功率性能的影响

海上风能，表面波浪，海气边界层，移动波表面阻力模型，大涡模拟

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.3 大气边界层和低空环境

海上风能因其分布广、风速大、湍流扰动小等优点，正在迅速发展。在海洋边界层系统中，海气界面表面波浪通过在海洋边界层系统中附加的风波相互作用，对海上风能资源的管理提出了新的挑战。本研究采用大涡模拟探究波浪对风力涡轮机周围气流及尾流湍流的影响，并评估了相应的对海上风电场输出功率的影响。特别地，通过设计数值实验，探究波陡与波龄如何调制尾流动态和风电功率。采用移动表面拖曳模型以考虑波浪对气流的拖曳力。结果表明，波浪显著影响风电场内的风廓线和底部应力。波陡增加会提升总体阻力，减缓尾流恢复并降低功率输出；而快速移动的波浪则能增强海气动量通量和湍流强度，加速尾流恢复并提升功率输出。具体而言，随着波浪从风驱动波态向波驱动风态，海上风电场的功率输出增长模式从次线性转变为超线性。这些发现为基于当地波浪气候学优化海上风电场性能提供了新的工程机遇。