1980 年代,VG 開始應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組葉片中,用以控制流動分離,大量應(yīng)用證明VG 能顯著提升風(fēng)電機(jī)組發(fā)電效率。當(dāng)前大型變速變槳控制風(fēng)電機(jī)組葉片的翼型設(shè)計工作點(diǎn)均處于較大升力系數(shù)處,即翼型工作于接近失速的攻角下。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速而功率未達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)時,隨著風(fēng)速的增加,葉尖速比減小,葉片截面的攻角增加。而由于風(fēng)輪面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)線速度遠(yuǎn)低于葉尖,葉根區(qū)域的攻角大于葉尖,將先于葉尖區(qū)域失速。因此VG 常應(yīng)用于葉根區(qū)域(展向長度30% 以內(nèi))。圖4 為VG 應(yīng)用于葉片上的原理簡圖。
四、擾流器
根據(jù)動量葉素理論,最優(yōu)的葉片外形設(shè)計要求葉根部有很大的弦長以捕獲風(fēng)能。然而在工程實際中,受結(jié)構(gòu)方面的制約,大部分葉片的最大弦長均被大大削減。因此,葉根擾流器逐漸被廣泛用于葉片上以彌補(bǔ)葉根部的風(fēng)能捕獲。
在航空領(lǐng)域,飛機(jī)機(jī)翼的吸力面安裝擾流器,當(dāng)其打開工作時,升力減小,阻力增加,常用于飛機(jī)降落過程中。葉片則剛好相反,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,增加了升力系數(shù)。圖5 展示了LM 和西門子公司葉片上常見的幾種擾流器。
五、翼刀
在航空領(lǐng)域中,后掠翼飛機(jī)機(jī)翼通過翼刀阻斷邊界層向翼尖的流動,確保飛行的安全。在風(fēng)電機(jī)組葉片中,葉根區(qū)域流體雷諾數(shù)遠(yuǎn)低于葉尖區(qū)域,流動受粘性力影響大,邊界層內(nèi)氣體受葉片旋轉(zhuǎn)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(kuò)大,導(dǎo)致氣動效率降低。于是在葉片中也引入了翼刀的設(shè)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(yùn)用CFD 方法分析了翼刀對葉片氣動性能的影響。圖6 是LM 公司的一種帶有翼刀的葉片。