專利名稱：抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能源技術領域，用于風力發(fā)電行業(yè)，具體地是一種抑制風力機葉片吸力面流動分離，提高風力機發(fā)電效率的方法，更具體地是涉及一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法。
背景技術：
能源是國民經濟重要的物質基礎，也是人類賴以生存的基本條件，國民經濟發(fā)展的速度和人民生活水平的提高都有賴于提供能源的多少。傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，以及 對環(huán)境的污染，使能源危機已明顯逼近。我國已成為世界能源生產和消費大國，隨著經濟和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長，能源的短缺已成為制約經濟發(fā)展的一個關鍵問題。開發(fā)可再生的綠色能源是社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。因此，可再生新能源的開發(fā)和利用越來越引起人們的關注。可再生能源包括水能、生物質能、風能、太陽能、地熱能和海洋能等。這些資源潛力大，環(huán)境污染低，可持續(xù)利用，是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源。自上世紀70年代以來，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國際社會共識，可再生能源開發(fā)利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發(fā)利用可再生能源作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發(fā)展目標，制定了鼓勵可再生能源發(fā)展的法律和政策，可再生能源得到迅速發(fā)展。近年來，在開發(fā)研究的綠色能源中，風能已成為世界上發(fā)展最迅速的能源之一，預計今后10年內其年增長率將達到20%。風能被稱為“未來的能源”，它與傳統(tǒng)能源如煤、石油和原子能不同，既不會對環(huán)境造成污染，也不會枯竭。在生活水平逐漸上升的發(fā)展中國家，風能是一種安裝簡便而有效的能源，而且常常是可向偏遠地區(qū)供電的唯一方式。在工業(yè)化國家，風能不失為一種兼顧能量增容和環(huán)保要求的新型能源。與大多數能源的成本在上漲不同，隨著技術的進步，風能的成本卻下降，風能的經濟性在不斷提高。比如，丹麥的一座大風力發(fā)電站的發(fā)電成本近10多年來降低了約三分之
--O風力機在運行過程中，環(huán)境中的風速和風向是經常變化的，因此風力機經常在非設計點運行，進而會出現葉片吸力面流動分離的情況，造成風力機葉片阻力增大、升力減小，降低風力機的輸出功率。本發(fā)明通過抑制風力機葉片吸力面的流動分離，可以減小風力機葉片的阻力、增大葉片的升力，提高風力機的輸出功率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，以降低風電成本、提高風電經濟性。為實現上述目的，本發(fā)明提供的抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，是在絕緣材料兩側非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風力機葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導流動方向與主流方向相同；
在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內的氣流流動。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器為兩組以上時，每組激勵器之間的間距為l-1000mm。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵電壓為l-100kv、頻率為I-IOOOkHz的交流電。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或石英玻璃。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的絕緣材料厚度為O. 01-100mm。 所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極形狀為長方形。所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極寬度為O. l-100mm。本發(fā)明在抑制風力機葉片吸力面流動分離方面與現在運行的技術有很大的區(qū)別等離子體流動控制是一種基于等離子體氣動激勵的流動控制技術，等離子體激勵以等離子體為載體，對流場施加一種可控的擾動。本發(fā)明的創(chuàng)新點體現在I)將等離子體流動控制方法應用于抑制風力機葉片吸力面流動分離；2)等離子體激勵是電激勵，沒有運動部件；3)結構簡單、功耗低、激勵參數容易調節(jié)；4)激勵作用頻帶寬和、響應迅速；5)等離子體激勵器不會影響葉片外形，不使用時沒有負面影響。


圖I是本發(fā)明采用的等離子體激勵器的結構示意圖；圖2是實現本發(fā)明的方法的系統(tǒng)裝置示意圖。圖3是公知風力機葉片吸力面流動分離示意圖；圖4是等離子體激勵抑制風力機葉片吸力面流動分離示意具體實施例方式本發(fā)明的抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法可以抑制風力機葉片吸力面流動分離，提高風力機的輸出功率。本發(fā)明提供的抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法包括以下幾部分風力機葉片，起到帶動發(fā)電機發(fā)電的作用，同時也是等離子體激勵器的載體；等離子體激勵器，接通高壓電后產生等離子體，加速附近空氣；
等離子體激勵電壓是通過高壓交流電源為等離子體激勵器提供電源；本發(fā)明從流體機械氣動熱力學和等離子體物理學的角度出發(fā)，采用適用于風力機葉片吸力面流動分離的等離子體激勵方法，抑制風力機葉片吸力面流動分離。本發(fā)明的抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，適用于風力機系統(tǒng)，在風力機葉片固定位置布置等離子體激勵器，施加適當強度和頻率的等離子體激勵，、可以起到抑制風力機葉片吸力面流動分離的作用，進而提高風力機的輸出功率。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。圖I是本發(fā)明的等離子體激勵器I的結構示意圖，在絕緣材料10兩側非對稱(交錯)地布置兩塊金屬電極11、12，一塊金屬電極11裸露在周圍的空氣中(以下稱為裸露電 極11)，另一塊金屬電極12嵌在絕緣材料10里(以下稱為掩埋電極12)形成一組等離子體激勵器1，金屬電極11、12的寬度可以為O. l-100mm。實際上一組等離子體激勵器中可以有多對裸露電極11和掩埋電極12，并且均為交錯布置，裸露電極11和掩埋電極12兩個金屬電極之間的交錯間距可以為0-5mm。本發(fā)明可以采用但不限于比如銅材料制成的長方形的金屬電極，絕緣材料可以采用但不限于比如聚四氟乙烯或石英玻璃等，絕緣材料厚度為
O.01-100mm。在激勵電壓13 (電壓Ι-lOOkV，頻率I-IOOOkHz的高壓交流電)的作用下，可在掩埋電極12上方生成弱電離的低溫等離子體20，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內的氣流流動，起到誘導流動的作用，如圖I所示。圖2是實現本發(fā)明方法的裝置示意圖，多組(圖中所示為三組，但不限于三組)等離子體激勵器I布置在風力機葉片14的吸力面15上，每組等離子體激勵器之間的間距為1-1000_。等離子體激勵器I的裸露電極11與激勵電壓13的高壓端相連，等離子體激勵器I的掩埋電極12與激勵電壓13的接地端相連。在風力機運行過程中一直開啟激勵電壓13施加等離子體激勵，可以抑制風力機葉片吸力面15流動分離,減小葉片阻力、增大葉片升力,提高風力機的輸出功率。圖3給出了公知風力機葉片吸力面流動分離示意圖，由圖可知,在大來流攻角時葉片吸力面15發(fā)生了流動分離而形成分離區(qū)A，分離區(qū)A的存在增大了葉片的阻力、減小了葉片的升力，而風力機是通過葉片的升力來帶動發(fā)動機旋轉發(fā)電，因此風力機葉片吸力面流動分離會降低風力機的輸出功率。圖4給出了等離子體激勵抑制風力機葉片吸力面流動分離示意圖，由圖可見在等離子體激勵作用下，氣流附著在風力機葉片上，葉片吸力面15流動分離得到抑制，這樣可以減小葉片阻力、增大葉片升力，進而提高風力機的輸出功率。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法 在絕緣材料兩側非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風力機葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導流動方向與主流方向相同； 在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內的氣流流動。
2.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器為兩組以上時，每組激勵器之間的間距為l-1000mm。
3.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵電壓為Ι-lOOkV、等離子體激勵電壓的頻率為I-IOOOkHz的交流電。
4.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或石英玻璃。
5.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的絕緣材料厚度為O. 01-100_。
6.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。
7.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極形狀為長方形。
8.如權利要求I所述抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極寬度為O. 1-100_。
全文摘要
一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法在絕緣材料兩側非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風力機葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導流動方向與主流方向相同；在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內的氣流流動。本發(fā)明具有機構簡單緊湊、反應迅速、能耗低等優(yōu)點。
文檔編號F03D7/00GK102913386SQ20121043869
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權日2012年11月6日
發(fā)明者李鋼, 楊凌元, 朱俊強, 徐燕驥, 聶超群 申請人:中國科學院工程熱物理研究所