CN104696158B - 一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型，改善对称翼型最大升力系数对前缘粗糙度较敏感、失速特性不佳、最大升阻比较低、做功能力不高等缺点，采用⑴、该叶片翼型的最大弯度19.8%在30.4%翼弦处；⑵、叶片翼型最大曲面0.59%在22.3%翼弦处。⑶、叶片翼型前缘半径1.8523%；⑷、叶片翼型后缘厚度0.15%。本发明的有益效果是，本发明翼型在雷诺数150,000到700,000之间涵盖了更宽的攻角范围，在尾缘没有层流分离降低了噪音。失速发生在大攻角后，并且失速后升力系数降低有限，降低最大升力系数对前缘粗糙度敏感，总体提高了风能利用系数。使理论风能利用效率达到0.48.同时该翼型厚度的增加，提高了结构强度。

Description

一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型

所述技术领域

本发明涉及一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型，特别涉及一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型的几何形状。

背景技术：

风力机是风力发电机组的核心部件，是实现风能向旋转机械能转化的一种机械装置。风力机效率的高低直接决定风力发电机组的效率和风力发电机组的经济性。叶片是风力机的最核心部件，叶片的基本参数主要包括长度、厚度、翼型、扭转角和弦长等，叶片的气动特性参数，直接关系到风力发电机组的寿命和经济性，又是风电机组运行过程中系统的控制输入参数和目标对象。

翼型是组成风力机叶片的基本元素，风力机叶片的设计基本都是通过若干基础翼型的堆叠和扭转完成，因此翼型的气动特性是风力机叶片气动特性的基础。长期以来，风力机翼型主要选自航空翼型，如NACA00系列、NACA63-2系列翼型等，但是，随着对风力机翼型研究的不断深入，发现航空翼型并不能很好的满足风力机叶片的工况，结合风力机运行的环境和流动工况，优秀的风力机翼型应当具备以下几种特性：

①风力机叶片是在相对较低的雷诺数下运行，要求风力机叶片翼型在此数量级雷诺数下具有良好的气动性能。

②风力机叶片经常在失速工况条件下运行，要求风力机叶片翼型具有较好的失速空气动力学特性；对于失速控制，在达到最大升力时，气流从后缘分离以得到失速时的平滑升力曲线，这样可以减少失速诱导振动的危险性，升力系数曲线从线性部分到深度失速区域的过渡应该轮廓分明而平滑，同时应具有良好的深失速特性。

③风力机叶片在大气近地层运行，沙尘、碎石、雨滴、油污等会使叶片表面的粗糙度增加，故要求风力机叶片翼型的气动特性对粗糙度具备不敏感性。

表面粗糙度是影响翼型气动性能的主要因素之一。厚度较大的翼型对前缘粗糙度的敏感性较强，雷诺数增大时，粗糙度对翼型气动性能的影响减弱，在相同翼型厚度的前提条件下，吸力面的厚度越小对粗糙度的敏感性越低，当翼型厚度相对较大时，压力面具有“S”形特征的翼型对粗糙度的敏感性要低，钝尾缘翼型的升力系数对粗糙度的敏感性比薄尾缘翼型要好些，在影响叶片前缘分离泡行为的诸多因素中，前缘几何形状是直接决定分离泡形成的重要参数，前缘形状对前缘流动、分离和转捩及以后的边界层发展有很大的影响；由于风力机叶片前缘半径比较大，叶片表面边界层容易发生分离，分离会形成旋涡，而旋涡的运动、发展和破裂反过来又影响着分离流场。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型，以满足垂直轴升力型叶片对厚翼型的需求。改善对称翼型最大升力系数对前缘粗糙度较敏感、失速特性不佳、最大升阻比较低、做功能力不高等缺点；

为实现上述目的，本发明提供的一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型几何形状以及实施例中叶片翼型几何形状的坐标数据。

一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型，该叶片由翼型的上表面和翼型下表面构成，

⑴、该叶片翼型的最大弯度19.8％在30.4％翼弦处；

⑵、该叶片翼型的最大曲面0.59％在22.3％翼弦处；

⑶、该叶片翼型前缘半径1.8523％；

⑷、该叶片翼型后缘厚度0.15％。

本发明的有益效果是，本发明翼型在雷诺数150,000到700,000之间涵盖了更宽的攻角范围，在尾缘没有层流分离降低了噪音。失速发生在大攻角后，并且失速后升力系数降低有限，降低最大升力系数对前缘粗糙度敏感，总体提高了风能利用系数。使理论风能利用效率达到0.48.同时该翼型厚度的增加，提高了结构强度。

下面结合附图对本发明进行详细描述

附图说明

附图1为本发明叶片翼型轮廓示意图。

附图2翼型的升力阻力图以及升力与攻角图。

附图3翼型在10m/s的风速下的对比风能利用系数。

附图4翼型在10m/s的风速下的粗糙度影响对比风能利用系数。

附图5翼型全攻角范围内的升力系数。

具体实施方式

参看附图：本发明经过大量的气动性能科学试验及对试验数据进行修正后的反复再次试验验证，得出下列叶片翼型的关键数据如下：

⑴、该叶片翼型的最大弯度19.8％在30.4％翼弦处；

⑵、最大曲面0.59％在22.3％翼弦处；

⑶、翼型前缘半径1.8523％；

⑷、翼型后缘厚度0.15％。

该叶片翼型在雷诺数150,000到700,000之间涵盖了更宽的攻角范围，在尾缘没有层流分离降低了噪音。失速发生在大攻角后，并且失速后升力系数降低有限。

本发明的叶片翼型具有良好的升力性能，具体见附图2。

本发明的叶片翼型具备良好的风能利用系数，比传统的对称翼型高8％，而且具备在低尖速比的情况下具有较高的风能利用系数，能更好的利用风能资源，提高年发电量。本翼型与传统对称翼型的风能利用系数对比见附图3。

本发明的叶片翼型在沙尘、浮冰等表面污染，表面粗糙度变化的情况，仍然具备高的风能利用系数，本翼型与传统对称翼型在表面粗糙度变化的情况，风能利用系数对比见附图4。

本发明的叶片翼型失速发生在大攻角后，并且失速后升力系数降低有限。升力系数随攻角的变化见附图5。

本发明实施例的叶片翼型坐标值为：

Claims (1)

1.一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型，其特征在于，设置翼型弦长为单位1，叶片翼型的上表面和翼型下表面所对应的坐标值为：