Актуальность исследований атмосферного пограничного слоя в области ветропарков и моделирования аэродинамических процессов обусловлена быстрым развитием ветроэнергетики и, как следствие, возникшей необходимостью обеспечения эффективных режимов работы ветропарков. В данной работе авторами выполнено исследование северной части Ульяновского ветропарка в виде семи ветротурбин горизонтального типа с применением методов математического моделирования и численного анализ. Цель работы – комплексное исследование аэродинамики атмосферного пограничного слоя в области ветропарка для оценки влияния шероховатости подстилающей поверхности на скорость восстановления аэродинамических следов ветротурбин. Рассматриваются особенности развития ближних и дальних аэродинамических следов, представлены результаты численных экспериментов в части расчета дефицита скорости и интенсивности турбулентности. Расчеты выполнялись для условий нейтрального атмосферного пограничного слоя. Для анализа турбулентного течения авторами предложена модификация модели турбулентности k – ε. В качестве инструмента был выбран коммерческий программный CFD пакет Star CCM+ Academic Pack. Выполнена количественная оценка влияния шероховатости подстилающей поверхности на профили скорости и турбулентных характеристик, главным образом турбулентной кинетической энергии и скорости ее диссипации. Авторами отмечено увеличение динамической нагрузки на элементы ветротурбин при повышенной шероховатости подстилающей поверхности, что вызвано дополнительной турбулизацией потока при взаимодействии с поверхностью. Полученные результаты имеют большое значение как для инженеров в области ветротехнологий, так и для исследователей явлений в атмосферном пограничном слое. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00030, https://rscf.ru/project/22-19-00030/.

The relevance of studies of the atmospheric boundary layer in the field of wind farms and modeling of aerodynamic processes is due to the rapid development of wind energy and, as a consequence, the need to ensure efficient operating modes of wind farms. In this work, the authors performed a study of the northern part of the Ulyanovsk wind farm with seven horizontal wind turbines using mathematical modeling and numerical methods. The researchers goal is the comprehensive study of the aerodynamic boundary layer to identify the influence of roughness of the bottom surface on the dynamics of the wind farm and the recovery of the aerodynamic wakes of wind turbines. The features of the development of near and far aerodynamic wakes are considered, and the results of numerical experiments in terms of calculating the velocity deficit and turbulence intensity are presented. Calculations were performed for conditions of a neutral atmospheric boundary layer. An extended modified k – ε turbulence model was used to analyze the turbulent flow. The commercial CFD software package Star CCM+ Academic Pack was chosen. A quantitative assessment of the influence of bottom surface roughness on the profiles of velocity and turbulent characteristics, mainly turbulent kinetic energy and its dissipation rate, was performed. The authors noted an increase in the dynamic load on wind turbine elements with increased roughness of the bottom surface, which is caused by additional turbulence of the flow when interacting with the surface. The results obtained are of great importance for both wind technology engineers and researchers of atmospheric boundary layer phenomena. The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-19-00030, https://rscf.ru/project/22-19-00030/.