Dynamic modelling of near-surface turbulence in large eddy simulation of wind farms
在风电场大气边界层流动的大涡模拟中，通常采用壁面模型来模拟地表通量，而没有考虑地表粗糙度的空间变异性。在这项研究中，我们考虑近表面模型结合速度梯度张量的平方来模拟湍流产生的自适应耗散。通过Monin-Obhukhov相似性理论将表面粗糙度纳入紧邻地球表面的计算单元。潜在的拟议近地表模型捕捉到大量的雷诺应力在近地表，并能够保持在风电场的对数律剖面。本研究表明，与经典的“近壁模型”相比，所建议的“近地表模型”相对稳健。
2022-04-30 physics.flu-dyn
Multi-Fidelity Bayesian Optimisation of Wind Farm Wake Steering using Wake Models and Large Eddy Simulations
针对风电场尾流转向优化，提出多保真度贝叶斯优化框架，结合解析尾流模型与大涡模拟，在降低计算成本的同时实现可比的功率提升。
2024-07-30 physics.flu-dyn
Impact of Wind Direction on Flow and Turbulent Statistics Over a Realistic Urban Area: A Large-Eddy Simulation Study
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
通过对巴塞罗那某城区开展大涡模拟，探究风向对真实城市区域流动与湍流统计特征的多尺度影响，采用高分辨率网格与16个风向模拟，获取城市结构的全向响应。
2026-08-06 physics.flu-dyn
Impact of Wind Direction on Flow Over a Realistic Urban Area: A Large-Eddy Simulation Study
Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
本研究通过高分辨率大涡模拟巴塞罗那真实城区，发现风向虽显著影响瞬时流场，但速度和湍流强度的双重平均剖面在不同风向上保持一致，揭示了城市形态对气流与湍流发展的关键影响。
2025-10-13 physics.flu-dyn
A concurrent precursor inflow method for Large Eddy Simulations and applications to finite length wind farms
为了能够模拟具有高度真实入流条件的风力机阵列边界层的发展，提出了一种用于大涡模拟的并发前兆方法。在该方法中，我们同时考虑两个域，即，在一个域中，模拟没有风力机的湍流大气边界层（ABL），以生成放置有风力机的第二域的湍流流入条件。这种方法的好处是：a）它避免了对存储湍流入流条件的大型数据库的需求，以及相应的缓慢I/O操作，b）我们确信模拟不会受到静态扫掠固定入流场或缺乏适当ABL相干结构的合成场的负面影响。示例应用程序，其中，在协议与现场数据的下游风力涡轮机的功率输出相对于第一排风力涡轮机的强烈下降，观察到完美对齐的流入。
2014-05-05 physics.flu-dyn
Wind Turbine Large-Eddy Simulations on Very Coarse Grid Resolutions using an Actuator Line Model
在这项工作中，在非常粗的空间分辨率的特定条件下，研究了风力机流动大涡模拟中致动器线模型（ALM）的准确性。对于精细分辨的条件，已知的是，与没有旋转的标准致动器盘模型（ADM）相比，ALM提供更好的精度。然而，我们在这里表明，在非常粗糙的分辨率，在转子尺度上发生的流动诱导可能会影响预测的流入角，并可能对ALM预测产生不利影响。我们首先提供了一个粗糙LES再现风洞测量的例子。由此产生的流量预测是好的，但在预测功率输出的挑战，从详细的ALM激励均匀流入的情况下进行更详细的分析。我们提出了一个理论框架，比较过滤后的量，进入大涡模拟方程的体积力与过滤和未过滤的量之间的比例关系。该研究旨在将理论推导应用于仿真框架，并改进ALM的当前结果，特别是在观察到最大差异的近尾流中。
2016-05-10 physics.flu-dyn
Filtered actuator disks: Theory and application to wind turbine models in large eddy simulation
在大型风电场的大涡模拟（LES）中，致动器盘模型（ADM）仍然是一种流行的风力机表示方法。计算限制通常限制每个致动器盘的转子上的网格点的数量，并且需要空间滤波以将施加的力分布平滑地分布在离散网格点上。在典型的网格分辨率下，模拟无法捕捉到盘后脱落的所有涡量，从而高估了10%以上的功率。为了纠正这些建模误差，我们提出了一个涡流圆柱模型来量化脱落涡度时，过滤力分布施加在致动器盘。然后，该模型用于推导数值模拟的校正因子，该数值模拟将各种滤波器宽度和网格分辨率下的模拟功率曲线折叠到使用轴向动量理论获得的曲线上。因此，建议的修正有助于准确的功率测量LES不诉诸高度精细的数值网格。
2019-01-29 physics.flu-dyn
Large eddy simulation study of the humidity variation in the shadow of a large wind farm
大量研究表明，大型风电场内风力机尾流会改变大气边界层（ABL）的动力学和热力学特性。在此之前，我们通过近尾流区域的现场测量和大涡模拟（LES）研究了风电场内的相对湿度预算。大涡模拟还研究了大型风电场内复合尾迹对相对湿度的影响。在这项研究中，我们调查的相对湿度的变化，这是观察到在近尾流，发展下游的大型风电场的阴影区。为此，LES的风力发电场组成的8 × 6风力机周期性边界条件的横向方向（推断一个无限宽的农场）与一个稳定的ABL相互作用进行。两个风电场的布局，对齐和交错，被认为是在分析中，从两种配置的结果进行了比较。据观察，轮毂高度下方的相对湿度降低和轮毂高度上方的相对湿度增加在风电场内形成，并在风电场的下游长距离保持。当与对齐布局相比时，交错农场布局在保持枢纽下方的低相对湿度的更细长区域方面更有效。
2019-08-30 physics.flu-dyn
High-Order Large-Eddy Simulations of a Wind Turbine in Ducted and Open-Rotor Configurations
采用高阶大涡模拟方法研究了涵道风力机在不同叶尖速比下的性能和流场。为了评估管道的影响，还对相应的开式转子涡轮进行了具有相同叶尖速比的模拟。结果发现，涵道涡轮机始终获得更高的功率输出比开放的转子对应，和管道本身增强了流动湍流和叶片后缘涡，但削弱尖端和轮毂涡。在最大叶尖速比下观察到流动分叉，并确定是由叶片阻塞效应引起的。在不同的偏航角下，对两种涡轮机进行了比较模拟。应注意，涵道构型对小的偏航角不敏感，并且在所有偏航角下保持比开式转子构型更高的功率输出。此外，据观察，这两种配置的尾流恢复更快的偏航角增加。
2022-06-01 physics.flu-dyn
High-Order Large-Eddy Simulations of a Ducted Wind Turbine
采用高阶通量重构法和高阶滑移网格法对雷诺数为$1.25\times 10^6$的涵道风力机进行了性能分析。为了研究管道的影响，还对相应的开式转子涡轮进行了轴向流模拟。结果表明，涵道涡轮比开式转子具有更高的推力和功率输出。涡量和速度场的两种配置也可视化和分析显示的差异。为了评估偏航流的影响，在五种不同偏航角$γ=0^{\circ}, \pm15^{\circ}, \pm 30^{\circ}$下对两种涡轮机进行了模拟。结果表明，在所有测试的偏航角，涵道风力机具有更高的功率输出比开放的对应。
2021-06-02 physics.flu-dyn
Validation of the dynamic wake meandering model against large eddy simulation for horizontal and vertical steering of wind turbine wakes
本研究验证了动态尾流蜿蜒模型与大涡模拟在风力涡轮机尾流偏转预测中的一致性，发现DWM在时间平均尾流预测上表现优异，并揭示了其对极坐标网格尺寸的敏感性及偏航偏转对下游功率的显著提升。
2023-08-02 physics.flu-dyn
Temporal structure of aggregate power fluctuations in large-eddy simulations of extended wind-farms
波动是将大型风电场的电功率并入电网的主要挑战。风电场功率输出在不同的时间尺度上随时间强烈波动。了解这些波动，特别是它们的时空特性，是特别重要的备用电源系统，必须随时与风电场的设计。在这项工作中，我们分析的功率波动与风输入的变化在几分钟到几个小时之间的尺度，使用大涡模拟（LES）的扩展风公园，与大气边界层相互作用。LES研究能够同时在整个风电场仔细控制参数和风速的可用性。本研究的重点是中性大气条件和平坦的地形，使用致动器磁盘表示的个人风力涡轮机。我们考虑来自风力涡轮机的各种集合的功率，例如总平均功率信号或来自风电场内的子平均值的信号。由于放置在彼此下游的涡轮机之间的复杂相互作用，观察到非平凡的相关性，并且当风向完全固定时，它们在与涡轮机间间距相关的频率处导致明显的谱峰。在这种情况下，我们观察到总风电场输出的频谱显示出近似遵循$-5/3$幂律标度制度的衰减，定性地与现场规模运营风电场的一些观察结果一致（Apt，2007）。我们发现，这些功能仍然可以观察到的风速变化时的大小。然而，随着时间的推移，风向的显着变化往往会平滑所观察到的频谱峰值，并减少所观察到的$-5/3$幂律的程度。
2014-12-23 physics.flu-dyn
Characterization of Coupled Turbulent Wind-wave Flows Based on Large Eddy Simulation
风浪相互作用包括风对波浪表面的作用力和波浪对紊流风结构的作用，它从根本上影响着结构所受的风浪载荷。现有的风浪相互作用模拟研究忽略了风的固有的强干扰性。本研究的目的是描述波浪面上的湍流气流和风驱动下的波浪动力学。发展了一个高保真度的两相流模式来模拟高度湍流的风浪场。代替使用均匀风，在入口边界处使用湍流点方法规定固有风湍流度。通过模拟风浪流场特性与实验数据的比较，验证了模型的有效性。利用验证后的模型，在10^2 m尺度上进行了极端风浪条件下的数值算例研究。结果表明，当考虑固有风激时，合成湍流增强，合成湍流是固有湍流和波激湍流的总和。此外，由于风固有湍流的存在，波浪相干速度和遮蔽效应增强。强烈湍流的区域取决于风速和波相速度之间的相对速度。更高的风速会导致更大的湍流强度，最高可增加17%。风浪相对速度的不同会导致波浪相干速度的正负方向相反。波浪相干速度与风速近似成正比，影响范围主要取决于波高。
2022-06-05 physics.flu-dyn
Hot spots and flow structures around an isolated cuboid building subjected to surface warming: Large eddy simulations and wind tunnel measurements
本研究通过大涡模拟和风洞测量，探讨了表面加热对孤立立方体建筑周围流场的影响，发现热效应在低风速高Ri值下显著改变再附着和再循环区域长度，并在行人高度形成局部热点，为建筑设计提升风热舒适度和污染物扩散提供见解。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Wind Farm Dynamics over a Diurnal Cycle: Analysis of a Comprehensive Large Eddy Simulation, Web-Services Accessible Dataset
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Portland State University（波特兰州立大学）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本研究构建了含8台涡轮机的风电场昼夜周期LES开放数据集，耦合土壤热传导模型模拟地表加热，揭示了尾流对温场、热通量的影响及上下游发电差异的成因，且数据集可通过Web服务访问。
2025-10-06 physics.flu-dyn
Active flow control of vertical-axis wind turbines: Insights from large-eddy simulation and finite-time resolvent analysis
研究提出基于双全局稳定性和有限时间预解分析的主动流动控制策略，通过大涡模拟验证其能抑制涡形成并提升单叶片垂直轴风力涡轮机气动性能，仅耗1%输出功率。
2025-07-11 physics.flu-dyn
Conditional diffusion denoising probabilistic model for super-resolution of atmospheric boundary layer large eddy simulation
Texas A & M University（德克萨斯农工大学）
本文提出基于生成AI的条件扩散去噪概率模型，用于从粗分辨率输入中重建高分辨率湍流场，通过高保真数据集训练，验证了在不同尺度因子下模型的超分辨率能力，展示了物理信息生成模型在降低计算成本和提高风能应用可靠性方面的优势。
2026-04-29 physics.flu-dyn
Large-eddy simulations of wind-driven cross ventilation, Part1: validation and sensitivity study
随着对可持续和健康建筑环境的需求日益增长，自然通风越来越受欢迎，但由于确定自然通风流量的操作条件的固有变化，自然通风建筑的设计可能具有挑战性。大涡模拟（LES）作为一种分析自然通风流动的方法具有重要的潜力，因为它们可以提供计算域中任何位置处的湍流的准确预测。然而，模拟可能是计算昂贵的，很少有验证和敏感性研究报告。本研究的目的是验证风驱动的交叉通风LES和量化的网格分辨率和流入边界条件的解决方案的敏感性。我们进行LES的一个孤立的建筑物有两个开口，使用三种不同的网格分辨率和两种不同的入流条件与不同的湍流强度。通风率的预测进行了比较，参考风洞实验从文献中，我们还量化的空气和通风效率的年龄。结果表明，一个足够精细的网格分辨率是必要的，以提供准确的预测的详细流型和年龄的空气，而流入条件被发现影响的标准偏差的瞬时通风率。然而，在本文中模拟的交叉通风的情况下，平均通风流量的预测是非常强大的，网格分辨率或流入特性的敏感性可以忽略不计。
2022-04-02 physics.flu-dyn
Large Eddy Simulation of Combined Wind-wave Loading on Offshore Wind Turbines
针对现有研究分开处理风浪荷载、忽略二者相互作用的问题，本研究基于OpenFOAM开发高保真两相模型模拟风浪场，发现极端工况下风浪耦合会显著放大海上风电机组气动荷载波动，为其规划设计提供参考。
2023-10-05 physics.flu-dyn
Emergent eddy saturation from an energy constrained eddy parameterisation
全球海洋环流的大尺度特征以及这些特征对强迫变化的敏感性主要取决于中尺度涡场的影响。其中一个这样的功能，在数值模拟中观察到的中尺度涡场至少部分解决，是涡流饱和的现象，其中的时间平均环极运输的南极绕极流显示相对不敏感的风强迫变化。粗分辨率模型采用根特-麦克威廉姆斯参数化与一个恒定的根特-麦克威廉姆斯系数似乎无法重现这种现象。在本文中，使用通道中风强迫、纬向对称流动的理想模型来研究不同涡旋闭合下绕极输送对风强迫变化的敏感性。研究表明，当与简单的参数化涡动能量收支耦合时，Marshall等人（2012）[参数化涡动位渦通量的框架，J. Phys. Oceanogr.，Vol.42，539- 557]，其包括线性涡流能量依赖性，产生涡流饱和作为突发的性质。
2016-10-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Computational Aeroacoustics of a Generic Side View Mirror using Stress Blended Eddy Simulation
本文采用应力混合涡模拟（SBES）和Ffowcs Williams和Hawkings（FW-H）方程耦合的方法对安装在平板上的普通侧视镜产生的气动噪声进行了数值研究。使用雷诺数（Re）为5.2 x10^5（基于模型直径）的标准化侧视镜进行网格评估研究。对镜面上的流体动力学压力波动，窗口和在不同的麦克风位置发出的声音的预测与先前公布的实验数据吻合得很好。此外，我们的数值计算结果表明，偏航的镜子靠近侧窗的结果，在流动被附着到后面的镜子，从而导致整体降低声压级（SPL）在几个接收器的位置。
2020-07-24 physics.flu-dyn
Ensembles in Urban Large Eddy Simulations with Changing Wind Direction
本文研究变风向城市大涡模拟中时间平均与集合平均的差异，提出用短于特征时间尺度的时间平均构建10–50成员集合，并指出建筑尾流受误差影响最大。
2025-05-15 physics.flu-dyn
Predicting the benefit of wake steering on the annual energy production of a wind farm using large eddy simulations and Gaussian process regression
近年来，尾流转向已被确立为一种有前途的方法，以增加风电场的能量产量。目前的做法，在估计尾流转向对年发电量（AEP）的好处，包括评估风力发电场与简化的代理模型，铸造一个很大的不确定性估计的好处。本文提出了一个框架来确定尾流转向对AEP的好处，结合模拟结果从代理模型和大涡模拟，以减少不确定性。此外，一个随时间变化的风向被认为是一个更好的代表性的环境条件在真正的风电场网站。高斯过程回归用于将两个数据集组合成能量增益的单个改进模型。该模型估计所考虑风电场的AEP增益为0.60%，与替代模型的估计值相比增加了76%。
2020-03-23 physics.app-ph physics.flu-dyn
An improved fringe-region technique for the representation of gravity waves in large-eddy simulation with application to wind farms
大气边界层的大涡模拟通常采用伪谱方法，该方法采用边缘区方法引入入流边界条件。然而，我们注意到，当考虑分层大气时，标准边缘区域技术会激发虚假的重力波，因此增加了从域顶部反射的能量，并扰动了下游的速度和压力场。在这项工作中，我们开发了一种新的边缘区域的方法，施加流入条件，同时限制周围的流动的虚假影响。这是通过对垂直动量方程中的对流项进行局部阻尼来实现的。我们首先应用标准和无波边缘区技术进行169个不同的大气状态的二维无粘流模拟。一个类似的研究是在一个三维域上使用一对夫妇的大气状态。在所有情况下，新的边缘区域技术优于标准方法，施加入流条件，对周围流的影响最小。此外，我们还研究了两个已经存在的非反射上边界条件，即瑞利阻尼层（RDL）和辐射条件（RC）的性能。结果强调了仔细调整RDL以限制数值解失真的重要性。此外，我们发现，调整RDL优于RC在所有情况下。最后，调谐RDL与无波边缘区方法一起应用于LES的风力发电场在传统的中性边界层，我们测量的反射率只有0.75%。
2022-09-16 physics.flu-dyn
A parametric large-eddy simulation study of wind-farm blockage and gravity waves in conventionally neutral boundary layers
本研究通过40种层结条件下的大涡模拟，探究常规中性边界层中1.6 GW风电场的阻塞效应与重力波激发规律，明确了静水压阻塞的主导作用，建立了效率比的标度关系。
2023-06-14 physics.flu-dyn
Revised Estimates of Ocean Surface Drag in Strong Winds
海-气阻力控制着大气和海洋之间的动量传递，在飓风中仍然是未知的。我们在实验室中重新使用动量收支和涡动协方差方法来估算表面拖曳系数。我们的阻力估计与低到中等风的实地测量结果一致，并且与以前的飓风强度风的实验室测量结果一致。拖曳系数在$2.6 \times 10^{-3}$和$U_{10} \approx 25\ m\ s^{-1}$处饱和，与Takagaki等人（2012）之前的实验室结果一致。在我们的分析过程中，我们发现了Donelan等人（2004）使用的原始源代码中的一个错误。我们提出了校正的数据，并描述了校正程序。虽然对数据的修正没有改变强风中阻力饱和的关键发现，但其大小和风速阈值发生了显著变化。我们的研究结果强调需要一个更新和统一的阻力参数化的基础上，现场和实验室数据。
2020-09-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Drag-Controlled Regime Transitions in the Eddy Saturation Mechanism of the Antarctic Circumpolar Current
Hokkaido University（北海道大学）；Tokyo University of Marine Science and Technology（东京海洋大学）
研究通过理想化的回流通道模型探讨了拖曳强度如何控制涡旋饱和机制，揭示了不同机制主导条件及拖曳变化对涡旋饱和机制的影响。
2026-05-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Current effects on wind generated waves near an Ocean Eddy Dipole
Rio de Janeiro Federal University (COPPE-UFRJ)（里约热内卢联邦大学（COPPE-UFRJ））；Petrobras Research and Development Center (CENPES)（巴西石油公司研发中心（CENPES））；Admiral Paulo Moreira Marine Studies Institute, Brazilian Navy (IEAPM)（海军上将保罗·莫雷拉海洋研究所，巴西海军（IEAPM））；National Oceanography Centre Southampton (NOCS)（南安普敦国家海洋研究中心（NOCS））；Rio de Janeiro State University (UERJ)（里约热内卢州立大学（UERJ））；Federal Center for Technological Education of Rio de Janeiro (CEFET-RJ)（里约热内卢联邦技术中心（CEFET-RJ））；Rio de Janeiro Federal University (UFRJ)（里约热内卢联邦大学（UFRJ））；Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS)（南里奥格兰德联邦大学（UFRGS））
本文针对海洋涡旋偶极子附近的波流相互作用问题，结合WW3模型的理想化模拟与三种海流产品的后报试验，分析海流对风生浪的影响，明确偶极子的波浪会聚效应及不同流产品的表现差异。
2025-11-16 physics.flu-dyn
Simulations of an offshore wind farm using large eddy simulation and a torque-controlled actuator disc model
我们在这里提出了一个计算流体动力学（CFD）模拟Lillgrund海上风电场，这是位于瑞典和丹麦之间的厄勒海峡。该模拟结合了嵌入在大涡模拟CFD求解器中的风力机的动态表示，并使用hr自适应网格化来增加或减少网格分辨率（如需要）。这允许解析风电场周围的大规模流动结构和单个涡轮机处的局部流动条件;因此，可以对每个涡轮机对局部条件的响应以及涡轮机尾流的最终演变进行建模。本文详细描述了涡轮机模型，该模型通过计算转子上的力、空气上的体积力和瞬时功率输出来模拟风力、涡轮机转子和涡轮发电机之间的相互作用。该模型用于研究选择的关键风速和风向，研究一排涡轮机与风对齐或与风成特定角度的情况。显示的结果包括涡轮机旋转的演示，通过涡轮机阵列移动的涡流的观察，蜿蜒的涡轮机尾流，以及一个广泛的风力发电场尾流几公里长。可用于与运行风电场数据进行交叉验证的关键测量是单个涡轮机的功率输出，其中非稳态涡轮机尾流对下游涡轮机性能的影响是一个关注点。模拟结果与实际风电场的性能测量结果进行了比较，以提供对该方法的可靠定量验证。在模型和实际风电场测量之间取得了良好的一致性后，概述了该方法为进一步研究工程和大气科学问题提供工具的潜力。
2014-12-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large-eddy simulations to define building-specific similarity relationships for natural ventilation flow rates
本研究提出并验证了一种基于CFD的策略，通过大涡模拟确定自然通风流率的建筑特定相似关系，以高效评估复杂城市环境中的通风率。
2022-03-23 physics.flu-dyn
Wind instability of a foam layer sandwiched between the atmosphere and the ocean
为了更好地理解从飓风到海浪的动量传递减少的最新研究结果，研究了大气和海洋之间泡沫层的风短波不稳定性。具有空气、泡沫和水的高密度对比的三流体配置提供了稳定水面的有效机制。
2007-10-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A dynamic wall modeling approach for Large Eddy Simulation of offshore wind farms in realistic oceanic conditions
本研究为大涡模拟开发了一种动态波阻模型，通过动态评估亚滤波粗糙度来量化多尺度动态粗糙表面对大气边界层的影响，并准确预测了海上风电场的平均速度剖面与功率产生。
2023-05-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Invariance-embedded Machine Learning Sub-grid-scale Stress Models for Meso-scale Hurricane Boundary Layer Flow Simulation I: Model Development and $\textit{a priori}$ Studies
本研究开发了嵌入物理与几何不变性的机器学习亚网格应力模型，通过分类与回归两部分实现能量反向散射，提升飓风边界层大涡模拟精度，先验测试中优于动态Smagorinsky模型。
2025-04-20 physics.ao-ph physics.app-ph physics.comp-ph
Approximate deconvolution large eddy simulation of a barotropic ocean circulation model
本文提出了一种新的二维湍流地球物理流动大涡模拟闭合模式。这种闭合建模方法利用近似解卷积，其仅基于数学近似，并且不对模型采用额外的现象学参数。新的近似反褶积模型在数值模拟的风驱动的环流在一个浅的洋盆，一个标准的原型更现实的海洋动力学进行了测试。该模式采用正压渦度方程驱动的对称双涡旋风强迫，这产生了一个四涡旋环流的时间平均。近似反褶积模型产生正确的四个环流结构预测的直接数值模拟，在一个粗糙的网格，但在一小部分的计算成本。新模型的数值评估的第一步表明，近似反褶积可以代表一个可行的工具，在更现实的湍流地球物理流的大涡模拟的欠分辨计算。
2011-08-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Influence of Turbulence Length Scale and Platform Surge Motion on Wake Dynamics in Tandem Floating Wind Turbines
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；YPlasma Actuator Technologies Inc.（YPlasma执行器科技有限公司）
本研究探讨了湍流长度尺度和平台运动对双浮式风力发电机尾流动力学的影响，发现较大的湍流尺度能增强尾流混合并提高下游功率输出。
2026-03-02 physics.flu-dyn
Generation and decay of counter-rotating vortices downstream of yawed wind turbines in the atmospheric boundary layer
为了充分认识偏航对风电场功率最大化和调节的潜力，需要定量了解偏航风力机产生的反向旋转涡对（CVP）的产生和衰减的主要机制。湍流大气边界层中偏航风力机的大涡模拟（LES）观测结果和飞机尾涡文献中的概念为脱落涡度和环流模型提供了信息。该模型是通过对涡量输运方程的简化形式进行解析积分而形成的。该方法基于涡粘性方法，以边界层摩擦速度作为速度尺度，以涡度分布宽度作为长度尺度。与广泛使用的Jensen模型在风力发电场的尾流亏损演变，我们的解析表达式不需要昂贵的微分方程的数值积分。最大涡度和总环流的下游衰减与大涡模拟结果吻合较好。我们还表明，涡度长度尺度线性增长的下游距离，并找到几个最大涡度衰减的幂律。这些结果支持了CVP的衰减是由尾流对称线处涡量通过交叉扩散逐渐抵消所主导的观点。
2020-05-23 physics.flu-dyn
A sea surface-based drag model for Large Eddy Simulation of wind-wave interaction
Monin-Obukhov相似理论（MOST）是一个行之有效的方法来指定通量时，粗糙表面是均匀的。对于波浪（非均匀表面）上的流动，相位平均粗糙度长度尺度通常通过基于波浪特性和风速的模型来规定。然而，由于依赖于调整到特定数据集的模型系数，这种方法在不同的波龄和陡度上缺乏通用性。本文建立了一个适用于运动表面的基于海面的水动力阻力模型，以模拟波浪引起的风对海面的压力阻力。该模型基于适用于静止障碍物的\citet{Anderson2010}表面梯度方法，并在此扩展到风浪问题。提出的波阻模型指定的水动力的基础上传入的动量通量，波相速度，和表面锋面面积。与风浪动量交换相关的阻力系数是基于波陡确定的。采用波阻模型模拟了不同波龄和波陡的单色波列上方的湍流气流。的平均速度配置文件和模型形式的应力进行了验证，与现有的实验室规模的实验数据，并显示良好的协议在很大范围内的波陡和波龄。拖曳力与波面梯度和波高分布的一个因素$π/2$考虑的正弦波训练的相位。这些结果表明，目前的方法是足够普遍的一个广泛的参数空间相比，波相位平均模型的计算成本增加最小。
2022-09-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Discovery of a Physically Interpretable Data-Driven Wind-Turbine Wake Model
TU Delft（代尔夫特理工大学）
本研究通过数据驱动方法开发了一种可解释的风力涡轮机尾流模型，该模型在保持简单性的同时，有效减少了高剪切区域的涡黏度以延迟尾流恢复。
2025-12-08 physics.flu-dyn
Sea Surface Roughness Dependence on Ocean Wave Parameters through Large Eddy Simulation with Local Subfilter Wave Drag
Princeton University（普林斯顿大学）
开发局部尺度不变的子滤波波浪阻力模型，通过大涡模拟研究波浪参数（有效波高、谱峰频率）对动量通量的非单调影响，揭示海气动量交换需同时考虑风和波浪效应。
2026-11-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Hurricane's maximum potential intensity and surface heat fluxes
伊曼纽尔的最大潜在强度（E-PI）概念将热带风暴的最大速度$V_{\rm max}$（假设处于梯度风平衡）与环境参数联系起来。几项研究表明，不平衡的流量是负责E-PI有时显着低估$V_{\rm max}$。此外，两个主要的修改产生了相当大的范围内的E-PI预测：耗散加热和功率消耗提升水分别建议增加和减少E-PI $V_{\rm max}$约20%。在这里，我们重新推导E-PI的概念，分离其动力学和热力学的假设和解除梯度风平衡的限制。我们的分析表明，平衡和径向不平衡流的E-PI公式是相似的，而系统低估的$V_{\rm max}$反映了几个E-PI假设之间的不兼容性。我们将讨论如何修改这些假设。我们进一步表明，无论是否发生耗散加热，E-PI唯一的$V_{\rm max}$的潜热通量（而不是原来提出的总海洋热通量）。我们澄清，与以前的建议相反，提水对E-PI的影响很小。我们证明了在E-PI中，高层大气中压力梯度的负功消耗了边界层中产生的所有动能。这个关键的动态约束是独立于其他E-PI假设，因此可以适用于不同的流通模式。最后，我们表明，每单位体积的E-PI最大动能等于当地的水蒸气分压，并讨论了预测$V_{\rm max}$这一发现的影响。
2019-11-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A study of daytime convective vortices and turbulence in the martian Planetary Boundary Layer based on half-a-year of InSight atmospheric measurements and Large-Eddy Simulations
研究大气行星边界层（PBL）对了解行星的气候至关重要。InSight上的仪器在纬度4.5 $^{\circ}$ N处进行的气象测量为研究火星上白天PBL的活跃湍流动力学提供了独特的丰富数据集。在这里，我们使用InSight操作的前400个溶胶（从北半球的冬末到仲夏）中的高灵敏度连续压力，风，温度测量来分析火星白天PBL中的阵风，对流单体和漩涡。我们将InSight测量结果与连续分辨大涡模拟（LES）进行了比较。洞察号着陆点的白天PBL湍流非常活跃，对流单体的特征清晰可见，记录了6000次涡旋遭遇，可用指数为3.4的幂律充分表示。虽然InSight遇到的涡旋的每日变化可以通过湍流的统计性质来解释，但季节性变化与环境风速呈正相关，这得到了LES的支持。然而，阵风是正相关的地面温度，而不是环境风速和感热通量，确认白天火星PBL的辐射控制，和较少的对流涡形成LES时，背景风加倍。因此，InSight着陆点涡旋遭遇的长期季节性变化主要受环境风速对流涡旋平流的控制。LES中形成的涡旋所遵循的典型轨迹在方向和长度上显示出与轨道图像相似的分布。
2020-11-04 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large-eddy Simulations of the Atmospheric Boundary Layer over an Alpine Glacier: Impact of Synoptic Flow Direction and Governing Processes
山地冰川的物质平衡对若干应用（当地水文或气候预测）很有意义，湍流通量可能是强烈融化事件期间冰川表面物质平衡的重要因素。底层复杂地形导致湍流通量的空间非均匀性和非平稳性。由于热诱导流和重力波的作用，交换机制是完全三维的，而不仅仅是垂直的。此外，冰川有自己独特的小气候，由冰川下降风控制，保护冰川冰并在多个尺度上与周围的流动相互作用。在这项研究中，我们进行大涡模拟与WRF模式与dx=48米，以了解边界层过程的阿尔卑斯山谷冰川，Hintereisferner（HEF）。我们从测量活动（2018年8月）中选择了两个具有不同天气风向（西南和西北）的案例研究。模型评估与冰舌和周围环境的涡流协方差站的阵列显示，WRF是能够模拟一般的冰川边界层结构。在西南气流下，下冰川风由西南天气风向支持，在冰面上存在稳定的边界层，并且当地过程控制湍流动能的产生。在西北气流作用下，跨冰川谷流和破碎重力波导致强烈的湍流混合，并导致冰川边界层的侵蚀。感热通量的平稳性分析表明，两个案例研究天的非平稳行为，而非平稳性是最高的西北天在重力波事件。这些结果表明，天气风向，除了上游地形和大气稳定度，有很大的影响，对当地的冰川边界层能否形成或不，影响冰川是否能够维持自己的小气候。
2021-08-25 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Eddy energy sources and mesoscale eddies in the Sea of Okhotsk
利用一个允许涡动的海洋环流模式，研究了鄂霍次克海的涡动动能（EKE）源。EKE的空间发布的分析表明，强烈的中尺度变化发生在沿东萨哈林海流延伸的鄂霍次克海的西部边界。发现EKE有明显的季节变化，冬季最大，夏季最小。的EKE源和能量转换的分析表明，随时间变化的（湍流）风应力是沿西边界的鄂霍次克海的中尺度变率的主要贡献。沿鄂霍次克海西边界，斜压不穩定对中尺度变率产生的贡献大于正压不穩定。为了证明斜压不穩定的机制，环流被认为是沿西边界的鄂霍次克海从2005年1月至4月。水文条件分析表明，出露的等密度线和强烈的沿岸流速垂直切变，从2005年1月至5月。在4月，中尺度涡沿鄂霍次克海的西部边界观察。结果表明，湍流风应力的季节变化和东萨哈林海流的斜压不穩定是造成鄂霍次克海西边界中尺度变化的主要原因。
2017-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
An extended $k-\varepsilon$ model for wake-flow simulation of wind farms
本研究提出一种在湍动能方程中引入风机诱导力附加项的扩展$k-\varepsilon$模型，有效解决了标准模型高估尾流湍流强度和风机功率的问题，并通过多场景验证证明了其优越性能。
2024-01-02 physics.flu-dyn
Effect of subgrid-scale anisotropy on wall-modeled large-eddy simulation of turbulent flow with smooth-body separation
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Tennessee（田纳西大学）
研究亚网格尺度各向异性应力在壁面模化大涡模拟光滑体分离流中的作用，发现基于涡粘的模型在网格细化时预测分离泡尺寸非单调，而各向异性模型更一致；迎风面强顺压梯度区是关键，各向异性应力通过改变亚网格耗散和扩散影响雷诺应力和分离起始。
2026-06-12 physics.flu-dyn
Improved energy production of multi-rotor wind farms
多转子（MR）风力涡轮机概念可用于在不增加转子直径的情况下升级风力机，这可有利于风力机叶片的运输、制造和设计。与等效单转子（SR）风力机尾流相比，MR风力机的转子相互作用导致更快的尾流恢复。在这篇文章中，MR风力机的更快的尾流恢复的好处是量化的使用4x 4矩形MR风电场的雷诺平均纳维尔-斯托克斯模拟，对于三个不同的风力机间距。模拟预测MR风电场的年发电量相对于等效SR风电场增加0.3-1.7%，其中最高增益是在最紧密的风力机间距下获得的。AEP中的增益主要是由MR风电场的风力机排中的第一个下游风力机的对准风向引起的，这通过附加的大涡模拟来验证。
2019-07-16 physics.flu-dyn
Efficient Wall-Modelled Large Eddy Simulation of Rotors using Homogenized Lattice Boltzmann Methods
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Liverpool（利物浦大学）
针对高雷诺数旋翼流动，提出基于均匀化格子玻尔兹曼的壁面模拟大涡模拟方法，在OpenLB中实现，经风力机验证，可高效模拟整座风电场。
2025-10-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
From large-eddy simulations to deep learning: A U-net model for fast urban canopy flow predictions
Stanford University（斯坦福大学）
本研究提出基于U-Net的深度神经网络模型，利用大涡模拟数据训练，实现城市冠层风场快速预测，计算时间从10小时降至1秒，速度误差9.3%，湍流误差5.2%。
2025-07-09 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Surrogate Modeling of Urban Boundary-Layer Flow
本研究提出基于MLP的城市冠层流动代理模型，可预测不同来流风向的流动统计量，精度优于样条插值，速度比大涡模拟快$10^4$倍，适用于多查询任务。
2024-06-21 physics.flu-dyn
Investigation of wakes generated by fractal plates in the compressible flow regime using large-eddy simulations
本文采用大涡模拟方法研究了在可压缩区域内，在亚音速和超音速上游条件下，马赫数下，正方形和分形多尺度结构与流动的相互作用。我们还旨在确定这些相互作用的相似性和差异，在典型的不可压缩流问题与相应的相互作用。考虑到与分形结构相关的几何复杂性，我们采用浸没边界法来模拟固体表面的无滑移边界条件，在小分形特征附近具有足够的网格分辨率。我们通过与低马赫数下的实验风洞测量结果的广泛比较来验证数值结果。与不可压缩流情况下的结果类似，我们发现分形板的流动结构的破碎和下游方向的湍流混合的增加。随着马赫数的增加，我们观察到明显的尾流弯曲和尾流在垂直于流向-展向平面的横向方向上的更高的扩展速率。虽然不显著，我们用两点速度相关性在整个马赫数范围内量化了正方形和分形板之间的差异。在可压缩状态下，分形板产生的尾流显示出较低的湍流动能（TKE）和能谱水平相比，那些正方形的情况。此外，近场压力谱的结果似乎表明，分形板有潜力，以减少气动噪声。
2020-09-08 physics.flu-dyn
The transport and deposition of heavy particles in complex terrain: insights from an Eulerian model for large eddy simulation
重粒子在复杂地形上的输运和沉积是许多学科的重要问题，包括沉积物和雪输运、生态学和植物病理学、风沙过程和地貌学。本文提出了一种利用大涡模拟（LES）技术模拟重粒子在复杂表面上输运和沉积的框架。浸没边界LES代码耦合欧拉粒子代码，解决对流-扩散方程的解决粒子浓度场。颗粒相的质量守恒方程离散在一个有限体积的框架内，使用笛卡尔切割细胞的方法，重塑有限体积细胞包围浸没的边界表面和准确地保存质量。提出的数值模型进行了比较，从风洞实验的重粒子沉积地形，并发现有很好的协议与观察到的沉积模式。一个LES的雪沉积在理想化的地形案例研究导致了几个新的见解。颗粒惯性导致在平均流加速区域中颗粒和流体之间的相对速度，从而增强障碍物的迎风面上的沉积并抑制背风面上的沉积。此外，它被发现，颗粒惯性的平均分量是一个因素的6或更大的比湍流分量，表明增强/抑制的沉积地形可以建模的平均流量。
2019-03-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A progressive data-augmented RANS model for enhanced wind-farm simulations
本文提出一种渐进式数据增强RANS模型，通过引入大涡模拟数据优化k-ωSST基线模型，显著提升了风电场尾流恢复与二次流预测的准确性。
2024-11-07 physics.flu-dyn
Studies of Transonic Aircraft Flows and Prediction of Initial Buffet Onset Using Large-Eddy Simulations
本研究采用含动态亚格子与平衡壁面模型的大涡模拟方法，研究NASA跨声速CRM模型绕流，明确转捩、安装系统、网格等因素的影响并提出最佳实践，同时验证了LES对NACA 0012翼型初始抖振的预测能力。
2024-07-09 physics.flu-dyn
Identification of the energy contributions associated with wall-attached eddies and very-large-scale motions in the near-neutral atmospheric surface layer through wind LiDAR measurements
最近的工作对壁有界流动已经证实了共存的附壁涡，其统计特征预测通过汤森的附着涡假说（AEH），和超大尺度运动（VLSM），这是不包括在AEH。此外，它已被证明，在对数层内的附壁涡的存在是链接到一个逆幂律区域的外观在流向速度能谱，外部和粘性尺度之间的显着分离。在这项工作中，近中性大气表面层（ASL）探测风激光雷达调查的贡献与附壁和VLSM的流向速度能量的非常高的雷诺数边界层。能量和线性相干谱（LCS）的流向速度的询问，以确定与不同类型的涡流和最大高度达到附壁涡流的光谱边界。受AEH的启发，建立了附壁涡的LCS解析模型。实验结果表明，通过能谱分析识别附壁涡能量贡献导致低估了相关的谱范围，最大高度达到，和湍流强度。这个特征是由于与VLSM相关联的能量的重叠掩盖了逆幂律区域。另一方面，湍流强度的Townsend-Perry常数似乎是通过谱分析正确估计的。LCS分析估计附壁涡的流向/壁面法线比约为14.3，达到湍流外尺度约30%的高度。
2022-08-14 physics.flu-dyn
