海洋能源網(wǎng)獲悉，麻省理工學院的工程師開發(fā)了一種基于物理的綜合模型，即使在極端條件下也能準確表示轉子周圍的氣流，例如當葉片以高力和速度運行時，或在某些方向上傾斜時。

該模型可以改進轉子的設計方式以及風電場的布局和運營方式。麻省理工學院博士后Jaime Liew，博士生Kirby Heck和土木與環(huán)境工程助理教授Michael Howland在Nature Communications雜志上的一篇開放獲取論文中對其進行了描述。

目前，葉片的設計基于一個多世紀前首次在數(shù)學上描述的空氣動力學原理，它們并非在所有情況下都有效，因此根據(jù)經(jīng)驗觀察添加了校正因子。

Michael Howland表示：“我們已經(jīng)為轉子的空氣動力學開發(fā)了一種新理論。該理論可用于確定轉子的力、流速和功率，無論該轉子是從氣流中提取能量(如風力渦輪機)，還是將能量應用于氣流(如船舶或飛機螺旋槳)。這個理論在兩個方向上都起作用。”

為了得到新模型，該團隊使用空氣動力學的詳細計算模型分析了氣流和渦輪機的相互作用。

他們發(fā)現(xiàn)，例如，原始模型假設轉子后面的氣壓下降會迅速恢復到下游不遠處的正常環(huán)境壓力。但事實證明，隨著推力的不斷增加，這種假設越來越不準確。

Howland表示：“到目前為止，即使是風電場的運營商、制造商和渦輪葉片的設計者，也無法預測渦輪機的功率輸出會受到給定變化的影響程度，例如如果不使用經(jīng)驗校正，例如其與風的角度。那是因為沒有理論支持它。所以，這就是我們在這里所做的工作。我們的理論可以直接告訴你，無需任何實證修正，這是第一次，你應該如何實際操作風力渦輪機以最大化其功率。”

研究人員根據(jù)理論分析推導出了他們的新模型，他們稱之為統(tǒng)一動量模型，然后使用計算流體動力學建模對其進行驗證。在尚未發(fā)表的后續(xù)工作中，他們正在使用風洞和現(xiàn)場測試進行進一步的驗證。

由于流體流動狀態(tài)相似，因此該模型也適用于螺旋槳，無論是飛機還是船舶，也適用于水力渦輪機，例如潮汐或河流渦輪機。

新理論以一組數(shù)學公式的形式存在，用戶可以將其合并到自己的軟件中，或者作為可以從GitHub免費下載的開源軟件包。

這項工作得到了美國國家科學基金會和西門子歌美颯可再生能源公司的支持。