技術 / テクニカルガイド

小形風車の後流:速度欠損、混合、回復

後流は、ローターの背後で変化する流れ場であり、一定の低い風速ではありません。平均速度欠損、変動、位置、回復は、この流れ場の異なる側面を表します。それらのスケールは、ローターと周囲の流れの条件に依存します。

回復を説明する前に、統計量と位置を明示します。

ある点の速度、時間平均、断面内の分布は、それぞれ異なる情報を示すことがあります。平均量が回復しても、流れのすべての特性が上流の状態に戻ったとは限りません。

01 / 速度欠損

運動量の抽出によって、下流の流れが変化します。

発電中のローターは、流れに空力荷重を与えます。

発電中のローターは、流れに空力荷重を与えます。下流の速度分布は、基準となる上流の状態と異なることがあります。その差は空間的に変化し、後流の断面全体で一様に保たれるわけではありません。

明示した平均速度を比較する場合、相対的な速度欠損を (U_ref − U_local)/U_ref と定義できます。仮定した平均値10および8 m/sでは、欠損は0.20です。これは定義に基づく統計量であり、MARSTONの後流の実測値ではありません。

02 / 乱流

変動は、平均速度欠損とは異なります。

後流の乱流は、定義した平均値の周りで変化する速度に関わります。

後流の乱流は、定義した平均値の周りで変化する速度に関わります。平均速度が同じ流れでも、変動が異なることがあります。平均速度欠損が大きいことだけでは、乱流の統計量は特定できません。

平均化する時間区間、方向成分、位置が比較に影響します。中心線上の平均値を、全面積や別の期間を基準とする値と混ぜると、記述する統計量が変わります。

03 / 構造

ローターが生み出す運動には空間的な構造があります。

有限長の翼の循環と回転する荷重分布は、下流に進むにつれて変化する流れ構造を生み出します。

有限長の翼の循環と回転する荷重分布は、下流に進むにつれて変化する流れ構造を生み出します。また、後流は、固定した観測点に対して移動することがあります。そのため、測定値の変化には、流れの変動と後流の位置の移動の両方が反映されることがあります。

簡略化した定常分布では、あらゆる過渡的な構造を表すことはできません。 端部効果のガイド は、有限長の翼による流れが、円板に一様に荷重を分布させた場合と異なる理由を説明しています。

04 / 混合

回復は、周囲の大気に依存します。

周囲のより大きな運動量を持つ流れとの交換により、下流の平均速度欠損が小さくなることがあります。

周囲のより大きな運動量を持つ流れとの交換により、下流の平均速度欠損が小さくなることがあります。大気の乱流、安定度、地形、モデルで表すローター荷重が、その変化に影響します。したがって回復は条件に依存し、一律にローター直径の何倍と定められるものではありません。

AWAKENの研究要旨は、風力発電所の後流が大気条件に応じて変化することを説明しています。その実地研究の条件から、小形風車の回復距離を決めたり、特定の設置を検証したりすることはできません。ここでは、研究の距離や数値結果を転用しません。

05 / モデル

流れのモデルが異なれば、保持する情報も異なります。

簡略化した後流分布、工学的なローターモデル、自由渦による表現では、変数と仮定が異なります。

簡略化した後流分布、工学的なローターモデル、自由渦による表現では、変数と仮定が異なります。平均速度欠損を適切に表すモデルでも、非定常または三次元の構造を一部省略していることがあります。

OpenFAST OLAFは、ローター周りの流れが複雑な場合に、追加の空力的な扱いが必要となる理由を説明しています。モデルの詳細さだけでは、あらゆる条件での精度は保証されません。表す物理現象と比較対象の量が、対象に適合している必要があります。

06 / 解釈

ある量の回復は、完全な回復ではありません。

下流の平均値が基準に近づいても、乱流や他の空間的な特性まで上流の流れと同一になったとは証明できません。

下流の平均値が基準に近づいても、乱流や他の空間的な特性まで上流の流れと同一になったとは証明できません。「回復」と述べる場合は、どの量について、どの位置で、どの平均化方法に基づくのかを明示する必要があります。

この説明は、固定の風車間隔、境界からの離隔距離、MARSTONの後流の結果を示しません。この説明は、 ローター流れモデルのガイド を補完するものであり、流れの一般的な仕組みを、設置位置を決める規則に置き換えることはしません。

次の資料も確認してください: 風車ローターの翼端・翼根効果:補正が表すもの.

次の資料も確認してください: 翼素運動量理論:連成と仮定.

次の資料も確認してください: 風車タワーによる擾乱と翼の周期的荷重.

一般的な背景情報: NLR:公開AWAKEN研究要旨と大気中の後流の背景 · OpenFAST OLAF:ローター周りの三次元・非定常流れの背景。これらの参考資料は業界の考え方を説明するものであり、適用するMARSTONの製品資料やプロジェクト資料とは別のものです。

主な概念と条件。

各量を、その基準、単位、明示された条件と一緒に読んでください。一般的な関係から、特定モデルの値が確定するわけではありません。

概念 / 量意味 / 関係条件 / 限界
U_ref定義した上流または基準の平均速度平均化の方法と空間的な基準を明示します。
速度欠損(U_ref − U_local)/U_ref対象を明示した局所的な統計量であり、流れ場全体ではありません。
乱流平均値の周りの速度変動平均速度の低下とは異なります。
後流の位置流れ構造の空間的な位置後流の移動は、固定点での観測に影響することがあります。
回復ある量が、その基準値に近づくこと共通の距離や状態が一つあるわけではありません。

技術検討上の質問。

後流は、一様な一つの速度ですか?

いいえ。流れの特性は、空間的にも時間的にも変化します。

乱流と速度欠損は同じものですか?

いいえ。変動と平均速度の低下は、異なる量を表します。

平均速度が同じなら、流れの条件も同じですか?

いいえ。変動や空間的な構造が異なることがあります。

風力発電所の研究から、小形風車の間隔を決められますか?

条件の異なるその研究から、直接、間隔の規則が導かれるわけではありません。

モデルが詳細であれば、精度は保証されますか?

いいえ。条件、表す物理現象、比較対象の量は、引き続き重要です。

すべてに共通する回復距離は示されていますか?

いいえ。回復は、明示した条件の下で、ある量について定義するものです。

技術的なお問い合わせ

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後流は、ローターの背後で変化する流れ場であり、一定の低い風速ではありません。技術検討のために、機種と、適用する運転情報または設計情報をお知らせください。