[发明专利]一种高效利用风能的多翼集流叶片

说明书

技术领域

本发明属于风力机(亦称风车或风机)技术领域，具体涉及一种能够高效利用风能的风力机叶片。

背景技术

叶片的风能利用系数(表示为Cp，又称风能利用效率)是叶片性能的体现，叶片的Cp与空气流过叶片翼型产生的升力有关，而翼型产生的升力由构造翼型流线型的形状确定，因此叶片的Cp性能由其构成的翼型形状确定。提高叶片的Cp是研发高性能风电技术中最根本的技术。现有的风力发电产品的叶片均是单翼片，翼片的翼型有飞机用的NACA系列，风轮叶片专用的SERI系列、NREL系列、RISΦ-A系列、GOE系列和FFA-W系列等。由这些翼型构成的单翼叶片由于自身没有集流效应，不能提高风能利用效率，这也是造成单翼叶片在中低风速范围性能欠佳的原因之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与单翼叶片相比具有相对高Cp的多翼集流叶片。

本发明描述中使用的相关术语释义：

翼型(aerofoil)是指由符合某种空气动力学特性的流线型曲线构成的二维形状。例如，沿机翼之展向的每一个垂向切面都被称为翼型。翼型有种类和大小之分，例如NACA4412和NACA0015是两个翼型、也是两种翼型，两个不同弦长的NACA4412是两个翼型、但是一种翼型。

翼片(airfoil)是指由符合某种空气动力学特性的流线型曲面构成的三维形状。例如，机翼、翼型在空间排布的包络面形成的三维体。由一个翼型形成的翼片是等宽的、一种翼型形成的翼片不定是等宽的。

叶片(blade)是指风力机吸收风能的基本单元，若干该单元均匀分布在轮毂的圆周上。本发明中所述的叶片是指由至少两个翼片构成的叶片, 它仍然是风力机吸收风能的基本单元。

在二维空间里，翼片映现为翼型，因此在三维空间里描述的翼片，在二维空间里就应该描述为翼型。为避开描述上的羁绊，翼片和翼型均简称翼，在三维空间里指翼片、在二维空间里指翼型。

方位是指相邻翼之间的相对方向与位置。

域是相邻翼之间形成的流体流动空间的简称。

本发明多翼集流叶片的表示方法：

字母G代表多翼集流叶片、数字n(n≥2)代表翼的数目、数字i(i=1,2,……,n)代表头部起始的第i个翼的编号、字母f代表两个翼之间的域，ni代表n个翼中的第i个翼、fij代表第i个翼与第j个翼之间的域。例如， G3代表由翼31、域f12、翼32、域f23和翼33构成的三翼集流叶片，Gn代表由翼n1、域f12、翼n2、……、翼ni、域fij、翼nj、……、翼n(n-1)、域f(n-1)n和翼nn构成的多翼集流叶片。

本发明的目的可以通过采取以下技术方案来实现：

一种高效利用风能的多翼集流叶片，它包括至少两个翼和至少一个相邻翼之间形成的域，通过对每个所述翼和所述域的形状设计，使相邻的所述翼对流过其间所述域的流体产生一种集流效应，所述域是其前面相邻翼的后凹面与后面相邻翼的前凸面之间形成的空间，并且所述的相邻翼后凹面、前凸面是朝向上偏前方向；通过设置所述相邻翼之间的相对方位以增强所述集流效应，增大流过所述域的流体的动能而提高所述域后面相邻翼的升力，从而提高由所述翼和所述域组成的整体多翼叶片的风能利用系数。

所述的翼为n个，由n个翼ni(n≥2、i=1,2,……,n)和n-1个由翼ni与翼nj之间的域fij(j=i+1≤n、i=1,2,……,n-1)构成多翼叶片Gn，通过所述n个翼ni和所述n-1个翼ni与翼nj之间的所述域fij的形状设计、以及所述n-1个翼ni与翼nj之间相对方位的设置，所述域fij是翼ni的后凹面与翼nj的前凸面之间形成的空间，并且所述后凹面、前凸面是朝向上偏前方向；使所述翼ni将通过所述域fij的流体聚集流向所述翼nj上表面的切线方向，给所述翼nj上表面的边界层提供更大的流体动能，来减小层流分离而使所述翼nj的升力增大，从而提高了所述多翼叶片Gn的风能利用系数Cp；通过调制所述翼ni与所述翼nj之间的相对方位，控制所述翼nj的升力值，进而控制所述多翼叶片Gn的功率。