風力機葉片氣動控制技術淺析

　　圖2-5 VG在葉片上的應用原理（來自Smart Blade網站）

　　2.4 擾流器

　　根據經典的動量葉素理論，最優的葉片外形設計要求葉根部有很大的弦長以捕獲風能。然而在工業實際中，受結構方面的制約，大部分廠家（Enercon公司除外）葉片的最大弦長均被大大削減，這必然將損失一定的風能捕獲能力。因此，葉根擾流器逐漸被廣泛用于葉片上以彌補葉根部的風能捕獲。

　　擾流器最早應用于航空領域，在飛機的吸力面安裝擾流器，當其打開工作時，升力減小，阻力增加，常見于飛機降落過程中。在葉片中的應用剛好相反，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，從而增加了升力系數，增加了對風能的捕捉。圖2-6為擾流器用于不同場合對氣動性能的改變。目前在寫西門子，LM等公司的葉片產品中均可見到葉根擾流器的使用，圖2-7展示了常見的幾種擾流器。

　　圖2-6擾流器不同安裝位置對氣動性能影響(來自：C. D. Harley，2010)

　　圖2-7 三種葉片上應用的擾流器

　　2.5 翼刀

　　在航空領域中，后掠翼飛機機翼上表面弦向壓力分布沿展向存在壓力差，使得邊界層產生流向翼尖的趨勢進而在翼尖處增加了邊界層厚度以致分離。翼刀的作用是用物理的辦法阻斷邊界層向翼尖的流動，確保飛行的安全。在風力機葉片中，根部區域流速遠低于葉尖區域，同樣雷諾數遠低于葉尖區域。因此流動受粘性力影響更大，邊界層內氣體受葉片旋轉產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大，導致氣動效率降低。于是在葉片中也引入了翼刀的設計，在物理上阻斷邊界層向葉尖的流動，增加氣動效率。Van Dam等人運用CFD方法分析了翼刀對葉片氣動性能的影響，圖2-8是葉片安裝翼刀前后吸力面的流線對比。圖2-9是LM公司的一種帶有翼刀的葉片。