CN212360009U - 一种水平轴风力机仿生叶片 - Google Patents

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魏建晖
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Abstract

本实用新型涉及水平轴风力发电机组技术领域，具体是涉及一种V形导气槽的水平轴风力机仿生叶片；本实用新型所设计的是一种V形导气槽的风力机仿生叶片，依据鸮类翅膀上表面两个初级羽毛的羽轴和羽片形成了V型沟槽，尾缘是由初级羽毛尾部相互叠加组成的锯齿状结构，基于几何相似原则来确定V形导气槽的具体尺寸；在不增加成本的前提下对风力机叶片出气边改型设计，减少叶片的自重，结构简单，便于设计制造及运输安装，经济适用，且具有较好的气动性。

Description

一种水平轴风力机仿生叶片
技术领域
本实用新型涉及水平轴风力发电机组技术领域，具体是涉及一种V形导气槽的水平轴风力机仿生叶片。
背景技术
随着科技的进步，风力机利用风能的效率越来越高，由于安装成本的降低，对可再生资源—风能的利用上依然占据着主导地位。
风力机叶片是风机的核心部件，单个部件约占整个风机发电成本的25%左右，它的性能指标的优劣可以作为整个风力机性能的评价指标，风力机叶片的气动性能的好坏也直接影响到叶片效率。
生物经过亿万年的演化，形成了多种优异的功能特征，大量研究表明，用仿生思想来改善风力机性能是一种趋势。
鸮类的翅膀与风力机叶片具有相似的空气动力特性，风力机叶片旋转产生压力梯度，发生边界层分离现象以及边缘产生涡流，尾流处产生涡区，这和鸮翼前缘产生涡流，翅膀表面气流发生边界层分离，产生尾流效应相似，基于两者的气动性相似，可以用来设计出更好的气动性的风力机叶片，提高风能的利用率是具有重要的意义。
发明内容
本实用新型在水平轴风力机叶片吸力面开V形导气槽，风力机叶片结构发生变化，在不增加成本的前提下对水平轴风力机叶片改进设计，解决上述背景中提到的风力机叶片气动性，提高风力机工作的效率。
本实用新型提供的一种水平轴风力机仿生叶片，其特征是：V形导气槽的尺寸确定是基于几何相似原则来完成的。
进一步地，所述V形导气槽宽度与高度的取值均与鸮类翅膀V结构尺寸相关；
进一步地，所述V形导气槽的长度为叶片本体长度的百分之三十八。
进一步地，所述V形导气槽在本体叶片吸力面展向等比例1：1排列，且距前缘百分之十八的最大弦长处分布。
进一步地，所述仿生叶片尾缘是由V形导气槽构成的锯齿结构，相邻两个V形导气槽的间隔距离为20mm。
本实用新型所设计的是一种水平轴风力机仿生叶片，在不增加成本的前提下对本体叶片出气边改型设计，减少叶片的自重，结构简单，便于设计制造及运输安装，经济适用。与此同时，在相同风速条件下，本实用新型所设计的风力机仿生叶片能够发挥出减阻增升的效果。
附图说明
图1是V结构在仿生叶片上的布置图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是仿生叶片的主视图。
图4是仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时的升力系数对比图。
图5是仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时的阻力系数对比图。
图6是仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时的升阻比对比图。
附图中：1、叶根部分；2、最大弦长；3、V形导气槽。
具体实施方式
以下将结合图1~6对本实用新型实施例作进一步的阐述。
本实用新型是一种水平轴风力机仿生叶片，其特征在于：V形导气槽的尺寸确定是基于几何相似法则来完成的；所述的V形导气槽的宽度与高度的取值均与鸮类翅膀V结构尺寸相关；所述的V形导气槽的长度为叶片本体长度的38%；V形导气槽在本体叶片吸力面展向等比例1：1排列，且距前缘百分之十八的最大弦长处分布；仿生叶片尾缘是由V形导气槽构成的锯齿结构，相邻两个V形导气槽的间隔距离为20mm。
请参阅图1~2，所述仿生叶片V形导气槽的槽宽d1取20mm，高度h1取5mm。
请参阅图4~6，本实用新型仿生叶片具有较好的气动性能，本实施例中采用雷诺数和风速为定值，在给定攻角范围内模拟出变量的值，分别为仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时升力系数对比图、仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时阻力系数对比图和仿生叶片与标准叶片在雷诺数为1.5×105，风速为8m/s，攻角为0°~30°时升阻比系数对比图其结果显示：1、在攻角α>18.5°时，仿生叶片的升力系数大于标准叶片，其原因V形导气槽加速了气流的流动，产生了较大的压差，提升了升力，标准叶片的升力系数上升缓慢，仿生叶片的升力系数仍大于标准叶片；2、在低雷诺数时，仿生叶片的上表面V形导气槽对气流具有疏导作用，减小紊流损失，使得仿生叶片的阻力系数小于标准叶片，在本实用新型实施例中，仿生叶片的阻力系数最小；3、仿生叶片的升阻比最大值为7.00，相比于标准叶片最大升阻比时的攻角，其值向后推迟了5°。
综上，仿生叶片上V形导气槽排布能够发挥出减阻增升的效果，在相同的工况下，可以提高发电效率，提高对风能的利用率。
说明一点，以上所述的各实施例仅用来说明本实用新型，各部分的结构、排列及形状都是可有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种水平轴风力机仿生叶片，包括叶片主体，其特征在于：所述叶片主体含有V形导气槽结构，V形导气槽宽度与高度的取值均与鸮类翅膀V结构尺寸相关，即仿生叶片上V形导气槽的槽宽d1取20mm，高度h1取5mm；所述V形导气槽的长度为叶片长度的38%；所述的V形导气槽的尺寸确定是基于几何相似原则来完成的。
2.根据权利要求1所述的一种水平轴风力机仿生叶片，其特征在于：所述的V形导气槽在本体叶片吸力面展向等比例1：1排列，且距前缘百分之十八的最大弦长处分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种水平轴风力机仿生叶片，其特征在于：所述叶片主体的尾缘是由V形导气槽构成的锯齿状结构，相邻两个V形导气槽的距离是20mm。
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