翼縫形狀對垂直軸風力機翼型氣動性能的影響

張立軍，馬東辰，顧嘉偉，江奕佳，米玉霞，趙昕輝，王旱祥，劉延鑫，劉靜

(中國石油大學機電工程學院，山東青島，266580)

風力發電機按照主軸相對于地面的安裝位置可分為水平軸風力機和垂直軸風力機。垂直軸風力機(VAWT)以無需偏航系統、機械機構簡單等優點越來越受到人們的青睞，但由于其實際風能利用率遠低于理論值，垂直軸風力機的大型化和商業化發展受到阻礙[1-2]。其主要原因是：風力機在旋轉過程中，葉片攻角實時變化，當葉片處于大攻角工況下時，葉片表面的低壓區會發生流動分離，導致翼型升力系數下降，阻力系數上升[3]。針對風力機風能利用率低的問題，人們對如何提高翼型升力、增大翼型升阻比進行了大量研究。20 世紀20 年代初期，CHEN 等[4-6]提出了開縫式機翼的概念。開縫問題的初步思想在于邊界層控制，即通過對翼型附面層合理地吹氣(或吸氣)，增加(或減少)能量，使得附面層分離延遲發生，解決大攻角下的失速問題[7-8]。目前，對于翼型開縫問題，國內外學者均進行了較多研究。COSOIU 等[9]利用數值模擬法，通過在試驗中測試13種不同形狀的翼型，利用空氣動力學效應的疊加作用，增大小型風力機的體積流量，優化小型風力機殼體形狀。BELAMADI等[10]利用二維仿真技術研究S809 翼型，討論了縫隙寬度以及開縫傾角對翼型升阻比的影響，得到翼型較好的開縫方案。王龍等[11]通過計算流體力學方法對4種不同開縫位置風力機葉片進行數值模擬，獲取了不同攻角下的葉片流場及升力系數，發現在大攻角下，開縫形成的射流能夠較為有效地抑制流動分離現象發生，且開縫位置位于分離點附近時，氣動性能較好。……