仿生方法大大提高了风力发电机的性能

风能依赖于有效的风力涡轮机叶片,作为翼型,结构类似于飞机的机翼。气流控制附件,与飞机上发现的相同,提高涡轮叶片的气动性能。

仿生方法大大提高了风力发电机的性能。
轮床襟翼周围的气流形态。图片来源:吴黎明,刘晓敏,刘杨和曦光。

可再生与可持续能源杂志,通过每年出版在美国,来自中国的研究人员展示了一种仿生方法,将海鸥翅膀的特征与一个名为“格尼襟翼”(Gurney flap)的工程流量控制附件结合起来。这可以显著提高风力涡轮机的性能。

轮床襟翼看起来像一个紧凑的标签,从机翼后缘以直角突出。它的存在扰乱了风的流动模式,并特别有效地提高了低迎角的性能。在空气动力学领域,迎角被称为通过飞机机翼中心的直线与即将到来的气流之间的角度。

尽管格尼襟翼在低迎角时增强了翼型的性能,但对于大迎角来说,它们并不理想。研究人员进行的研究表明,尽管格尼襟翼在某些情况下大大提高了风力涡轮机的性能,但涡轮机的速度会下降。

仿生流量控制被认为是一种模仿生物飞行控制系统(即羽毛和翅膀)的相对较新的方法。这个概念来自于观察,在降落时或在阵风中,鸟类翅膀顶部的羽毛会倾向于突出,从而形成一个自然的拍打。

计算和实验研究显示仿生羽毛启发的襟翼,可以增加升力和延迟开始失速在大迎角。不管它们有什么好处,添加仿生襟翼也会降低升力,尤其是在失速出现之前。因此,研究人员尝试了一种将格尼襟翼与仿生特征相结合的方法。

为了达到最佳的气动性能,研究人员模拟了综合流量控制附件在一系列情况下的使用,如高迎角和低迎角以及失速前后的场景。研究人员将他们的计算模拟与飞机机翼经历动态失速的实验结果进行了比较。

计算得到的升力曲线总体趋势与实验测量结果吻合较好。因此,我们的仿真精度被认为是可以接受的,因为动态失速及其控制是出了名的难以预测

刘晓敏,研究作者,西安交通大学

据刘说,集成的流量控制附件有助于有效提高翼型的升力系数。

在16 ~ 24度攻角范围内,采用格尼襟翼和仿生襟翼组合时,翼型的最大升力系数提高了15%

刘晓敏,研究作者,西安交通大学

期刊引用:

吴,L。.(2022)将组合流量控制附件用于生物灵感海鸥翼型的气动性能增强。可再生与可持续能源杂志doi.org/10.1063/5.0079060

来源:https://www.aip.org/

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