[发明专利]一种带有劈缝结构的水平轴流式风力涡轮叶片

说明书

【技术领域】

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机叶片。

【背景技术】

近年来，水平轴风力机非常流行，在全球风能利用装置中占有很大的比例。风力机叶片是其中最重要的部件之一，合理的叶片结构可以使得风力机的能量转换效率较高；如果不注重叶片的气动效率，HAWT(Horizontal Axis Wind Turbine，水平轴流式风力涡轮叶片)的整体性能就会受到限制。1919年物理学家Albert Betz指出对于理想的风能利用装置，能捕捉到的风能不超过16/27(59.3％)。现代风力涡轮对于风能的利用已经可以达到此理论极限的70％到80％。

然而，随着水平轴流式风力机叶片周围的气流和来流条件的不同，基于目前常用的风力涡轮设计方法，其叶片或多或少都会遇到气流提前分离的问题。叶片旋转使得在叶片外侧部分气流相对速度过大而容易产生流动分离。一般来说，低风速下流动分离会出现在叶根处，而当风速增大时，整个叶片表面都会出现流动分离。

因此，十分有必要通过一定的方式延迟或者缓和流动分离，以获得更高性能的HAWT叶片。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种带有劈缝结构的水平轴流式风力涡轮叶片，以延迟叶片表面的流动分离，从而提高HAWT叶片的整体性能；本发明主要添加从叶片压力面到吸力面的窄通道，从而产生从压力面到吸力面的二次流并利用此二次流来抑制流动分离的发生。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带有劈缝结构的水平轴流式风力涡轮叶片，包括叶身，叶身具有压力面和吸力面，所述叶身上设有若干从压力面到吸力面的劈缝通道。

本发明进一步的改进在于：所述劈缝通道连通压力面和吸力面，用于产生二次流。

本发明进一步的改进在于：所述叶身具有前缘边和尾缘边，劈缝通道在吸力面上的开口与尾缘边之间的距离大于劈缝通道在压力面上的开口与尾缘边之间的距离。

本发明进一步的改进在于：所述劈缝通道沿叶身径向长度方向设置。

本发明进一步的改进在于：所述劈缝通道设置于叶片65％的径向长度内。

本发明进一步的改进在于：所述劈缝通道设置于叶身上叶型(16)至叶片65％的径向长度内。

本发明进一步的改进在于：叶身的若干劈缝通道的厚度相等。

本发明进一步的改进在于：叶身的若干劈缝通道的厚度沿叶片径向递减。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种带有劈缝结构的水平轴流式风力涡轮叶片结构，在HAWT叶片上构造从压力面到吸力面的纵向劈缝，利用其产生的二次流来推迟吸力面上流动分离的发生，从而提高叶片的出力。

【附图说明】

图1是带有劈缝的叶片的上视图，劈缝沿着叶片径向方向布置。

图2在图1的基础上给出了劈缝的径向位置，这些径向位置将作为劈缝的产生准则。

图3a是带有两个横截面的劈缝叶片上视图。

图3b是图3a中的A-A截面示意图。

图3c是图3a中的B-B截面示意图。

图4a和图4b是一种叶片上典型的劈缝形式。

图5是一种典型劈缝结构，这种装置用来连接压力面和吸力面并传送二次流。

图6a-c是NREL叶片表面在来流速度为10.3m/s时不同位置的压力系数分布的数值计算结果与试验结果对比(包含了四种不同节点数目的数值计算结果)；图6a中r/R＝30％；图6b中r/R＝63.33％；图6c中r/R＝90％；其中，r为所研究截面与叶根距离，R为叶片径向总长度。

图7a-d是NREL叶片表面在来流速度为10.3m/s时三维流线的数值计算结果；图7a中r/R＝27％；图7b中r/R＝45％；图7c中r/R＝63％；图7d中r/R＝90％；其中，r为所研究截面与叶根距离，R为叶片径向总长度。

图8a-b是传统翼型与带有劈缝结构的S809翼型的升力系数与阻力系数对比图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的详细说明。

在某些工况下，风力机叶片周围可能存在一个很大的流动分离区域。在大部分叶片中，叶根处叶型都做的很厚，叶顶的叶型会薄一些。本发明采用了以下十一种常用的HAWT叶型来研究叶片的普通性能：S809，NACA 63-415，NACA63-418，NACA 63-421，NACA 64-421，FFA-w3-211，FFA-W3-301等。