[实用新型]设置离体射流装置的垂直轴风力机

说明书

本实用新型涉及一种设置离体射流装置的垂直轴风力机，垂直轴通过内设气道的支撑杆与离体射流产生装置相连，离体射流装置通过简单连接固定件与叶片相连，离体射流产生装置由离体装置、气道、喷气孔构成，离体结构中垂直方向设置有气道、水平方向设有若干根喷气孔，喷气孔设置于离体结构表面背风面靠近叶片尾缘位置，离体结构中的气道与支撑件中的气道、垂直轴内的喷气管连接，喷气管、气道、喷气孔均相互连通、形成气流道，垂直轴风力机外置有气泵，气泵的出风口连接垂直轴的喷气管，从气泵的出风口出来的高压气流由下至上经离体射流产生装置的喷气孔喷出，形成喷射气流，可以有效的抑制翼型表面分离泡的产生，降低叶片受到的阻力。

技术领域

本实用新型涉及一种垂直轴风力机，特别是一种叶片上表面附近设置离体射流装置的垂直轴风力机。

背景技术

清华曹树良等(机械工程学报，2011，Vol.47,No.10，113-118)对理想风力机功率系数推导得出，理想风力机功率系数仅与风力机最大升阻比和叶尖速比有关。当风力机叶尖速比和升阻比都趋于无穷大时，理想风力机功率系数即趋近于贝茨极限。叶尖速比受限于叶片气动和惯性载荷以及叶型等方面，不能无限增大。在给定范围的尖速比下，功率系数随翼型的升阻比增大而提高。

现用于翼型流动控制的方法中：被动式方法如开槽/缝、凹腔、强制转捩装置等适用工况范围窄，且效果有限；主动式方法如安装摆动尾缘、附面层抽吸或吹除、等离子体激励等，虽然适用工况范围广、增升的效果显著，但往往引入结构复杂，控制机构复杂，机械加工困难。被动式和主动式流动控制方法具有一些明显的缺陷：这些控制装置均需要对翼型表面结构进行改造，会很大程度影响翼型原有的空气动力学性能；这些控制装置有些需要很复杂的辅助结构，需要在翼型内部进行复杂的改造，大规模的进行应用难度高；并且这些控制手段均需要在翼型设计制造伊始就进行操作，无法对现有翼型进行改造。

发明内容

本实用新型是要提供一种设置离体射流装置的垂直轴风力机，其创新点在于：将射流这种常用的主动控制手段的激励结构设置在翼型外部，这样既可以有效的控制流动分离的产生，还可以将对翼型原有表面几何造型影响降低到最小，并且这种控制手段不需要对翼型本体结构进行很大改动，也可以对现有翼型直接进行改造。

本实用新型的技术方案为：一种设置离体射流装置的垂直轴风力机，包括垂直轴、叶片、叶片支撑杆，所述垂直轴上通过叶片支撑杆连接叶片，所述垂直轴上通过内设气道的支撑杆连接离体射流产生装置，所述离体射流产生装置通过支撑件与叶片相连，所述离体射流产生装置由离体结构、气道、喷气孔构成，所述离体结构中垂直方向设置有气道、水平方向设有若干根喷气孔，所述喷气孔设置于离体结构表面背风面靠近叶片尾缘位置，所述离体结构中的气道通过内设气道的支撑件中的气道与所述垂直轴内的喷气管连接，所述喷气管、气道、喷气孔均相互连通、形成气流道，所述垂直轴风力机外置有气泵，气泵的出风口连接垂直轴的喷气管，从气泵的出风口出来的高压气流由下至上经离体射流产生装置的喷气孔喷出，形成喷射气流，可以有效的抑制翼型表面分离泡的产生，降低叶片受到的阻力；同时，高速射流会在叶片上表面形成负压区，可以有效增加叶片受到的升力，阻力的降低的同时有效的增加升力系数，可以有效的提高翼型的升阻比。

进一步，所述喷射气流的射流动量系数，即射流动量和流过叶片翼型的自由来流平均动量的比值为0.005～10。

进一步，所述喷射气流的射流方向为射流口中心点引出的射线与叶片翼型上表面相切时的方向。

进一步，所述喷射气流的展向高度h，即最上层喷气孔上沿到最下层喷气孔下沿的高度，占叶片整体高度的80％～100％。

进一步，所述离体射流产生装置的位置可以设置在叶片翼型表面各处，与叶片翼型表面具有一定的间距，间距范围H＝0.1％～20％c，c为翼型弦长。

进一步，所述离体结构为小圆柱、小平板、D型板中的一种；所述喷气孔的形状为槽口或独立圆孔。