风电场诱导重力波的敏感度与反馈

大型风电场对气流的阻挡会导致边界层向上抬升，这可能会在高空自由大气中以及边界层与自由大气的交界面上激发大气重力波。在当前研究中，我们评估了风电场重力波激发对重要无量纲群的敏感度，并研究了重力波诱导的压力场对风电场能量提取的反馈。敏感度分析是使用为此目的开发的快速边界层模型进行的。该模型基于理想化正压环境中大气的三层表示，并与解析尾流模型耦合以考虑风电机组尾流相互作用。我们首先利用以往“无限”宽风电场大涡模拟的数据对二维模式下的模型进行了验证，然后利用该模型研究了风电场诱导重力波对大气状态和风电场布局配置的敏感度。我们发现逆温层诱发了类似于浅水流动的流动物理特性，并且相应的 Froude number 起到了至关重要的作用。重力波激发在临界 Froude number 等于 1 时达到最大，但由于重力波振幅与上游影响之间的权衡，对能量提取的反馈在 Froude number 略低于 1 时达到最高。地表摩擦和内部重力波的作用是通过耗散或色散扰动能量来减少流动扰动及相关的功率损失。关于风电场配置，我们发现重力波诱导的功率损失随着风电场规模和机组高度的增加而增加。此外，我们发现对于极宽或极长的风电场，重力波效应较小，并在宽深比约为 3/2 时达到最大值。