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“波陡-波龄”耦合效应对海上风机边界层动力学及发电效率的影响

近海风电场，表面波浪，大气边界层，大涡模拟，移动表面阻力模型

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

在全球能源转型与碳中和目标驱动下，海上风电已成为可再生能源开发的核心领域，海洋大气边界层内的风浪动态耦合作用，是决定海上风机入流特性、尾流演化与发电效能的关键物理过程。现有研究表明浪致海气相互作用对海上风电场尾流恢复及发电效率存在显著的调制作用。本研究聚焦波浪关键参数波龄与波陡的协同变化对海上风能的影响。研究采用大涡模拟方法，结合移动表面阻力模型构建了考虑风浪耦合过程的数值模型设置数值模拟实验，通过构建覆盖典型风浪状态的全参数矩阵空间，分析海面波致应力分布、边界层湍流结构对风机尾流演化的调控机制。研究结果表明：波陡对海上风电场的影响受波龄调控，二者呈现显著的非线性耦合特征——在小波龄的风浪主导状态下，波陡与海面整体拖曳力呈正相关，波陡增大会抑制风机尾流恢复，进而降低风电场发电功率；而在大波龄涌浪状态下，波陡增大呈现与风浪相反趋势，加速风机尾流恢复，显著提升风电场发电效率。