[发明专利]对垂直轴风力涡轮机（VAWT）的流控制

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，并且更具体地是涉及为了提高垂直轴风力涡轮机（VAWT）在电力产生上的效率而控制垂直轴风力涡轮机上的流的技术。

背景技术

对环境可持续的住房和城市的需要是驱动用于建筑环境的风能转换系统的主要因素。这种情况的一个结果是侧风轴机器的再度出现，所述侧风轴机器最常见是沿垂直方向方位并称为垂直轴风力涡轮机（VAWT）。

对这些机器进行了许多研究直到20世纪80年代，但是随着水平轴风力涡轮机（HAWT）的日益成功，上述研究基本上不再继续。不过，对于建筑环境而言，VAWT有几个超过HAWT的优势，即：低的声音排放（由于较低的叶尖速比）、相对于VAWT的三个维度有更好的美学、对偏航不灵敏以及在歪斜方面提高的性能（见Ferreira S M.,van Bussel G.,Scarano F.,Kuik G.,“2D PIV Visulization of Dynamic Stall on a Vertical Axis Wind Turbine（垂直轴风力涡轮机的动态失速的二维PIV显示）”,AIAA论文2007-1366，第45届AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit（AIAA航空宇宙科学技术会议暨展览），2007年1月8号至11号，内华达州，里诺市）。

国际专利公开WO 2009/053984公开了同一发明人的早期技术，该技术涉及风扇或水平轴风力涡轮机，该风扇或水平轴风力涡轮机包括至少一片叶片以及安装在所述叶片上的至少一个等离子体致动器。该技术为用于下述应用的风扇提供了性能改进或能源节约，所述应用例如个人、工业和汽车冷却、通风、抽真空和除尘、充气、电脑元件冷却、无人和载人飞行器的推进器、汽船推进器、气垫交通工具、飞艇以及模型飞机。此外，该发明提供更高的性能，比如为小型飞行器提供更高的提升和更高的提升效率。这些优势通过利用等离子体致动器给薄叶片和翼中（wing）提供激活的流控制效应器（active flow control effector）来实现。

同一发明人的美国专利第7,537,182号公开了控制流体动态体的剪切层的方法。根据该方法，第一周期性扰动在第一流分离位置处被引入流体介质，并且第二周期性扰动在第二流分离位置处被引入流体介质。在流体介质在流体动态体上移动时，第一周期性扰动和第二周期性扰动之间的相位差被调整以控制剪切层的流分离。

同一发明人的美国专利第6,267,331号公开了用于通过使流体从机翼上的至少一个位置流出从而阻止机翼的动态失速的方法。该位置可以是机翼上的任何地方；但如果该位置是在离前缘四分之一翼弦内并且流体流具有非零净质量通量，那么以大于一的斯特劳哈尔（Strouhal）比所描述的频率来调制流体流。

美国专利4,504,192号公开了用于达里厄型（Darrieus-type）垂直轴风力涡轮机的空气射流阻流板装置。空气通过空心涡轮机叶片末端处的进气口被吸入空心涡轮机叶片中并以空气射流的形式通过沿叶片长度设置的小孔或开口喷射出来。空气射流在涡轮机叶片表面造成流分离，从而引起失速状况并减少输出功率。反馈控制单元感测涡轮机的输出功率并相应地控制吸入进气口的空气量。

在同一发明人的下列出版物中描述了与流分离相关联的一些问题以及用于减少相同问题的解决方案：“The control of flow separation by periodic excitation”，Greenblatt,D.和Wygnanski,I.，Progress in Aerospace Sciences，第36卷，第7号，2000年10月，487-545（59）页；“Effect of leading-edge curvature on separation control：Acomparison of two NACA airfoils”，Greenblatt,D.和Wygnanski,I.，40th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit Reno,Nevada，2002年1月；“Effect of leading-edge curvature on airfoil separation control”，Greenblatt,D.和Wygnanski,I.，AIAA Journal ofAircraft，第40卷，第3号，2003年，473-481页。

发明内容