垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法
【專利摘要】垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法，該方法實(shí)現(xiàn)步驟為：在垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片下表面上距前緣8mm開1mm的縫作為入口，在葉片上表面距尾緣8mm開縫作為出口；風(fēng)力機(jī)葉片與風(fēng)機(jī)水平支撐桿連接，支撐桿通過連接盤與旋轉(zhuǎn)軸相連。本發(fā)明效果和益處是：本發(fā)明采用葉片吹氣技術(shù)控制風(fēng)力機(jī)葉片氣流分離，延遲氣流在葉片上的做功時(shí)間，增大葉片作正功角度。同時(shí)減小了葉片分離阻力，大大提高了葉片升阻比，具有降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速，提高風(fēng)能利用系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明涉及一種提高風(fēng)力機(jī)性能的方法，尤其涉及一種垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法，屬于風(fēng)能利用等應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】:隨著環(huán)境和能源問題日益突出，可再生能源的開發(fā)和利用得到世界各國(guó)的重視。風(fēng)能在可再生能源的利用中占有很大的比例，風(fēng)力發(fā)電作為對(duì)風(fēng)能利用的主要形式受到越來越多的重視?，F(xiàn)代用于并網(wǎng)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，大多為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并且技術(shù)已經(jīng)很成熟。但風(fēng)能的最早利用形式就是垂直軸風(fēng)車，但是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)較晚。主要是由于人們普遍認(rèn)為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率低于水平軸，因而導(dǎo)致垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期得不到重視。隨著升力型風(fēng)輪技術(shù)的發(fā)展，使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)能利用率不再低于水平軸，并且與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，其具有維護(hù)方便，葉片設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，造價(jià)低，不需要對(duì)風(fēng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前風(fēng)力機(jī)葉片阻力有兩個(gè)來源:一是由于流體與物體表面摩擦所產(chǎn)生的剪應(yīng)力，另一是物體表面非對(duì)稱壓強(qiáng)分布所產(chǎn)生的壓差阻力。如果是無粘流，物體前后受到的壓力總的作用是相等的，因此不存在壓差阻力。實(shí)際中，邊界層的作用類似于減小了流動(dòng)通道(或可理解為增加了物體的等效厚度)，使物體后部壓力比無粘流時(shí)小，形成壓差阻力。當(dāng)流動(dòng)發(fā)生分離時(shí)，分離區(qū)速度很小，從分離點(diǎn)開始，壓力基本不變。分離將在物體的后部形成分離區(qū)和尾流，它們都是低壓區(qū)，將導(dǎo)致很強(qiáng)的壓差阻力(分離阻力)。因此，為了使阻力減小就應(yīng)把邊界層的發(fā)展控制在最小的限度內(nèi)，并設(shè)法防止發(fā)生分離。流線型的采用和擴(kuò)壓器最適宜的擴(kuò)散角的選擇等，都是建立在這個(gè)觀點(diǎn)上的，特別是在翼型的設(shè)計(jì)中更是如此。例如把機(jī)翼最厚的位置向后挪動(dòng)，使機(jī)翼吸力面的壓力梯度盡可能地變小，這時(shí)邊界層會(huì)更加穩(wěn)定，且容易保持層流。層流邊界層的壁面剪切應(yīng)力較湍流的小，所以形成了阻力比較小的翼型(層流翼型)。上述方法是通過對(duì)邊界層以外的主流流動(dòng)控制來防止邊界層發(fā)展和分離。與此相反，不改變主流狀態(tài)而通過直接改變邊界層性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)流動(dòng)分離控制是可以實(shí)現(xiàn)的。
[0004]葉片吹氣技術(shù)是使用風(fēng)機(jī)葉片本身流動(dòng)特性，在葉片吸力面開縫，利用吸力面的吸力氣流從壓力面吹氣過來，對(duì)葉片分離區(qū)注入能量，形成可控?cái)_動(dòng)，改變流動(dòng)狀態(tài)的技術(shù)。吹氣流通過誘導(dǎo)近壁面流動(dòng)向邊界層注入能量，增強(qiáng)邊界層抵抗失速分離的能力。能有效地抑制邊界層增長(zhǎng)和流動(dòng)分離，減小阻力和流動(dòng)損失。
[0005]目前垂直軸風(fēng)力機(jī)有三種利用風(fēng)能的形式:1)升力型，是目前應(yīng)用比較廣的，因?yàn)榭梢杂懈叩娘L(fēng)能利用系數(shù)；2)阻力型，尖速比較小，但容易起動(dòng)；3)升阻混合型，該種組合是結(jié)合了以上兩種的弊端，取其優(yōu)點(diǎn)，但在大的尖速比下，阻力單元會(huì)成為整個(gè)風(fēng)機(jī)的阻力。因此升力型在垂直軸風(fēng)力機(jī)上的應(yīng)用發(fā)展是很有潛力的。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:本發(fā)明為了解決垂直軸升力型風(fēng)力機(jī)在旋轉(zhuǎn)發(fā)電過程中，吸收風(fēng)能的葉片相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，而風(fēng)向與葉片的弦線夾角隨著風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)角度是周期性變化的。每個(gè)葉片發(fā)出有用功僅在很小的一個(gè)角度范圍，這與葉片的失速攻角有關(guān)，因此為了提高葉片做功能力，提高葉片的失速攻角，采用流動(dòng)控制的方法來增大葉片的失速攻角，進(jìn)而提高風(fēng)力機(jī)的性能，吸收更多的風(fēng)能。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法，該方法實(shí)現(xiàn)步驟為:在垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片下表面上距前緣8mm開Imm的縫作為入口，在葉片上表面距尾緣8mm開縫作為出口 ；風(fēng)力機(jī)葉片與風(fēng)機(jī)水平支撐桿連接，支撐桿通過連接盤與旋轉(zhuǎn)軸相連。
[0008]本發(fā)明效果和益處是:本發(fā)明采用葉片吹氣技術(shù)控制風(fēng)力機(jī)葉片氣流分離，延遲氣流在葉片上的做功時(shí)間，增大葉片作正功角度。同時(shí)減小了葉片分離阻力，大大提高了葉片升阻比，具有降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速，提高風(fēng)能利用系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是圖1的俯視圖。
[0011]圖3是垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0012]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。給予本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。
[0013]如圖1和圖2所示:查取翼型手冊(cè)，選取對(duì)稱翼型0018為實(shí)驗(yàn)翼型，葉片采用木質(zhì)制成，為防止葉片開縫強(qiáng)度受到影響。在葉片內(nèi)部設(shè)計(jì)預(yù)埋金屬鋼構(gòu)件，每片葉片預(yù)埋3個(gè)，并且每片葉片鋼件位置一樣，以免風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡。葉片開縫保證不要改變翼型原有的氣動(dòng)外形。把做好的葉片組裝成實(shí)驗(yàn)框架，套在旋轉(zhuǎn)軸上，最后連接外部實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。垂直軸風(fēng)機(jī)應(yīng)用吹氣技術(shù)，主要實(shí)驗(yàn)方案由風(fēng)機(jī)葉片1、吹氣縫入口 2、出口 3組成。在垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片I下表面上距前緣8mm開Imm的縫作為入口 2，在葉片上表面距尾緣8mm開縫作為出口 3 ;風(fēng)力機(jī)葉片通過螺釘4與風(fēng)機(jī)水平支撐桿5連接，支撐桿5通過連接盤6與旋轉(zhuǎn)軸7相連。
[0014]如圖3所示，風(fēng)機(jī)安裝軸8與風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置固定座相連，使用連軸器與測(cè)量風(fēng)機(jī)參數(shù)扭矩儀連接。風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置采用4片葉片，周向均勻布置，葉片I上有與連接桿5連接的螺栓孔，使用螺栓4與連接桿5相連，連接桿通過螺栓與安裝盤6相連接，組成一個(gè)風(fēng)機(jī)框架。風(fēng)機(jī)框架的安裝盤內(nèi)有通孔，套在旋轉(zhuǎn)軸7上，使用頂絲與軸固定。風(fēng)機(jī)安裝軸8與旋轉(zhuǎn)軸7連接。
[0015]工作原理
[0016]垂直軸升力型風(fēng)力機(jī)葉片工作時(shí)，依靠葉片本身的升力在旋轉(zhuǎn)圓周切向力分力來產(chǎn)生動(dòng)力，而葉片在旋轉(zhuǎn)過程中，葉片的與來流的攻角在不斷變化。隨著攻角的增大，葉片吸力面氣流分離逐漸加劇，升力逐漸降低，切向分力也隨之減小，葉片的做功能力也隨之下降。為了推遲氣流在葉片上的分離，采用葉片壓力面的吹氣作用使分離的氣流附著在葉片的表面，這樣可以減少葉片附面層的厚度，從而使氣流很好的在葉片上流動(dòng)，增加餓了升力，減少了阻力。
【權(quán)利要求】
1.垂直軸風(fēng)力機(jī)使用吹氣技術(shù)提高風(fēng)能利用的方法，該方法實(shí)現(xiàn)步驟為:在垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片下表面上距前緣8mm開Imm的縫作為入口，在葉片上表面距尾緣8mm開縫作為出口 ；風(fēng)力機(jī)葉片與風(fēng)機(jī)水平支撐桿連接，支撐桿通過連接盤與旋轉(zhuǎn)軸相連。
【文檔編號(hào)】F03D3/06GK103527400SQ201310481902
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】李國(guó)文, 趙國(guó)昌, 朱建勇, 王國(guó)鵬, 田晶 申請(qǐng)人:沈陽航空航天大學(xué)