海洋能源网获悉，麻省理工学院的工程师开发了一种基于物理的综合模型，即使在极端条件下也能准确表示转子周围的气流，例如当叶片以高力和速度运行时，或在某些方向上倾斜时。
该模型可以改进转子的设计方式以及风电场的布局和运营方式。麻省理工学院博士后Jaime Liew，博士生Kirby Heck和土木与环境工程助理教授Michael Howland在Nature Communications杂志上的一篇开放获取论文中对其进行了描述。
目前，叶片的设计基于一个多世纪前首次在数学上描述的空气动力学原理，它们并非在所有情况下都有效，因此根据经验观察添加了校正因子。
Michael Howland表示：“我们已经为转子的空气动力学开发了一种新理论。该理论可用于确定转子的力、流速和功率，无论该转子是从气流中提取能量(如风力涡轮机)，还是将能量应用于气流(如船舶或飞机螺旋桨)。这个理论在两个方向上都起作用。”
为了得到新模型，该团队使用空气动力学的详细计算模型分析了气流和涡轮机的相互作用。
他们发现，例如，原始模型假设转子后面的气压下降会迅速恢复到下游不远处的正常环境压力。但事实证明，随着推力的不断增加，这种假设越来越不准确。
Howland表示：“到目前为止，即使是风电场的运营商、制造商和涡轮叶片的设计者，也无法预测涡轮机的功率输出会受到给定变化的影响程度，例如如果不使用经验校正，例如其与风的角度。那是因为没有理论支持它。所以，这就是我们在这里所做的工作。我们的理论可以直接告诉你，无需任何实证修正，这是第一次，你应该如何实际操作风力涡轮机以最大化其功率。”
研究人员根据理论分析推导出了他们的新模型，他们称之为统一动量模型，然后使用计算流体动力学建模对其进行验证。在尚未发表的后续工作中，他们正在使用风洞和现场测试进行进一步的验证。
由于流体流动状态相似，因此该模型也适用于螺旋桨，无论是飞机还是船舶，也适用于水力涡轮机，例如潮汐或河流涡轮机。
新理论以一组数学公式的形式存在，用户可以将其合并到自己的软件中，或者作为可以从GitHub免费下载的开源软件包。
这项工作得到了美国国家科学基金会和西门子歌美飒可再生能源公司的支持。
