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垂直轴风力机阵列效应数值研究
垂直轴风力机（VerticalAxisWindTurbine,VAWT）的阵列布局对其发电性能具有重要影响。在阵列中，相邻风力机之间存在阵列效应（ArrayEffect），即前一台风力机的气流影响后一台风力机的发电性能。针对阵列效应的诸多不确定性，如气流干扰、流场变化、风速变化等，需要进行数值模拟研究，以研究其影响机理和优化布局，从而使整个阵列发电效率提高，为可持续能源的发展做出贡献。
阵列效应的数值模拟是一种高效的研究方法。在研究过程中，首先需要建立合适的计算模型。建模时应注意元件的选择，不能仅关注基本的L-和C型阵列布局，应该尝试更多且复杂的结构布局，如网格型、螺旋型、双排列等，以期增加模型的真实性与适用性。另外，在模型中应考虑空气密度、风速、角度等因素的影响，以便更真实地反映出实际条件下的阵列发电性能。
模型建立后，应进行数值模拟计算。目前常用的计算方法有CFD方法和WAK方法等。其中，CFD方法是大气科学研究中最为常用的数值计算方法，可以对空气流动进行更为详细的模拟；WAK方法则是一种较为简单的计算方法，能够快速计算出几种常见的阵列布局在不同风速下的效应。使用不同的计算方法，对比分析其模拟结果，能够更全面地了解阵列效应的影响机理。
数值模拟结果表明，阵列中的气流干扰是阵列效应的主要因素之一。气流干扰会导致风力机中心的气动阻力增大，使得运动阻力、切向力和法向力都增大，影响风力机的发电性能；此外，气流干扰还会导致涡旋和湍流的形成，进一步影响阵列效应。而阵列中相邻风力机的位置和角度也是影响阵列效应的重要因素。在不同初始角度下，阵列间的相互作用会导致不同的效应。例如，Piezolek等人研究发现，在L型和C型阵列布局中，当风向垂直于风轮时，C型布局的发电效率比L型布局高；而当风向与风轮垂直时，两种布局的效率相当。
针对阵列效应的影响，可以通过优化阵列布局、调整风力机转速和初始角度等方式来降低效应，提高整个阵列的发电效率。在选择阵列布局时，应根据实际情况综合考虑多种因素，如布局形式、风速、空气密度、地形等。加大相邻风力机之间的距离、调整风力机叶片的安装角度和形状，也是有效降低效应的措施之一。此外，对于大型阵列，还可以采用智能控制方式，根据天气条件调节风力机的电力输出，进一步提高系统的效率。
总之，数值模拟是研究阵列效应的有效手段。在研究过程中，需要建立真实可靠的计算模型，采用合适的计算方法，分析阵列效应的影响机理，并在此基础上制定合理的优化方案，提高阵列的发电效率，推动可持续能源的发展。