圖2-5 VG在葉片上的應用原理(來自Smart Blade網(wǎng)站)
2.4 擾流器
根據(jù)經(jīng)典的動量葉素理論,最優(yōu)的葉片外形設計要求葉根部有很大的弦長以捕獲風能。然而在工業(yè)實際中,受結構方面的制約,大部分廠家(Enercon公司除外)葉片的最大弦長均被大大削減,這必然將損失一定的風能捕獲能力。因此,葉根擾流器逐漸被廣泛用于葉片上以彌補葉根部的風能捕獲。
擾流器最早應用于航空領域,在飛機的吸力面安裝擾流器,當其打開工作時,升力減小,阻力增加,常見于飛機降落過程中。在葉片中的應用剛好相反,擾流器被安裝于葉根部壓力面后緣,起到增加翼型中弧線的效果,從而增加了升力系數(shù),增加了對風能的捕捉。圖2-6為擾流器用于不同場合對氣動性能的改變。目前在寫西門子,LM等公司的葉片產(chǎn)品中均可見到葉根擾流器的使用,圖2-7展示了常見的幾種擾流器。
圖2-6擾流器不同安裝位置對氣動性能影響(來自:C. D. Harley,2010)
圖2-7 三種葉片上應用的擾流器
2.5 翼刀
在航空領域中,后掠翼飛機機翼上表面弦向壓力分布沿展向存在壓力差,使得邊界層產(chǎn)生流向翼尖的趨勢進而在翼尖處增加了邊界層厚度以致分離。翼刀的作用是用物理的辦法阻斷邊界層向翼尖的流動,確保飛行的安全。在風力機葉片中,根部區(qū)域流速遠低于葉尖區(qū)域,同樣雷諾數(shù)遠低于葉尖區(qū)域。因此流動受粘性力影響更大,邊界層內(nèi)氣體受葉片旋轉產(chǎn)生的離心力有流向葉尖的趨勢,從而造成氣流分離向葉尖擴大,導致氣動效率降低。于是在葉片中也引入了翼刀的設計,在物理上阻斷邊界層向葉尖的流動,增加氣動效率。Van Dam等人運用CFD方法分析了翼刀對葉片氣動性能的影響,圖2-8是葉片安裝翼刀前后吸力面的流線對比。圖2-9是LM公司的一種帶有翼刀的葉片。