專利名稱：抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，用于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，具體地是一種抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離，提高風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率的方法，更具體地是涉及一種抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法。
背景技術(shù)：
能源是國民經(jīng)濟(jì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的基本條件，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度和人民生活水平的提高都有賴于提供能源的多少。傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，以及 對環(huán)境的污染，使能源危機(jī)已明顯逼近。我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費大國，隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長，能源的短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個關(guān)鍵問題。開發(fā)可再生的綠色能源是社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。因此，可再生新能源的開發(fā)和利用越來越引起人們的關(guān)注。可再生能源包括水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿取＿@些資源潛力大，環(huán)境污染低，可持續(xù)利用，是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源。自上世紀(jì)70年代以來，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國際社會共識，可再生能源開發(fā)利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發(fā)利用可再生能源作為能源戰(zhàn)略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發(fā)展目標(biāo)，制定了鼓勵可再生能源發(fā)展的法律和政策，可再生能源得到迅速發(fā)展。近年來，在開發(fā)研究的綠色能源中，風(fēng)能已成為世界上發(fā)展最迅速的能源之一，預(yù)計今后10年內(nèi)其年增長率將達(dá)到20%。風(fēng)能被稱為“未來的能源”，它與傳統(tǒng)能源如煤、石油和原子能不同，既不會對環(huán)境造成污染，也不會枯竭。在生活水平逐漸上升的發(fā)展中國家，風(fēng)能是一種安裝簡便而有效的能源，而且常常是可向偏遠(yuǎn)地區(qū)供電的唯一方式。在工業(yè)化國家，風(fēng)能不失為一種兼顧能量增容和環(huán)保要求的新型能源。與大多數(shù)能源的成本在上漲不同，隨著技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)能的成本卻下降，風(fēng)能的經(jīng)濟(jì)性在不斷提高。比如，丹麥的一座大風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電成本近10多年來降低了約三分之
--O風(fēng)力機(jī)在運行過程中，環(huán)境中的風(fēng)速和風(fēng)向是經(jīng)常變化的，因此風(fēng)力機(jī)經(jīng)常在非設(shè)計點運行，進(jìn)而會出現(xiàn)葉片吸力面流動分離的情況，造成風(fēng)力機(jī)葉片阻力增大、升力減小，降低風(fēng)力機(jī)的輸出功率。本發(fā)明通過抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的流動分離，可以減小風(fēng)力機(jī)葉片的阻力、增大葉片的升力，提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，以降低風(fēng)電成本、提高風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，是在絕緣材料兩側(cè)非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風(fēng)力機(jī)葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動方向與主流方向相同；
在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器為兩組以上時，每組激勵器之間的間距為l-1000mm。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵電壓為l-100kv、頻率為I-IOOOkHz的交流電。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或石英玻璃。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的絕緣材料厚度為O. 01-100mm。 所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極形狀為長方形。所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法中，等離子體激勵器的金屬電極寬度為O. l-100mm。本發(fā)明在抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離方面與現(xiàn)在運行的技術(shù)有很大的區(qū)別等離子體流動控制是一種基于等離子體氣動激勵的流動控制技術(shù)，等離子體激勵以等離子體為載體，對流場施加一種可控的擾動。本發(fā)明的創(chuàng)新點體現(xiàn)在I)將等離子體流動控制方法應(yīng)用于抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離；2)等離子體激勵是電激勵，沒有運動部件；3)結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、激勵參數(shù)容易調(diào)節(jié)；4)激勵作用頻帶寬和、響應(yīng)迅速；5)等離子體激勵器不會影響葉片外形，不使用時沒有負(fù)面影響。


圖I是本發(fā)明采用的等離子體激勵器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實現(xiàn)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)裝置示意圖。圖3是公知風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離示意圖；圖4是等離子體激勵抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離示意具體實施例方式本發(fā)明的抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法可以抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離，提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率。本發(fā)明提供的抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法包括以下幾部分風(fēng)力機(jī)葉片，起到帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的作用，同時也是等離子體激勵器的載體；等離子體激勵器，接通高壓電后產(chǎn)生等離子體，加速附近空氣；
等離子體激勵電壓是通過高壓交流電源為等離子體激勵器提供電源；本發(fā)明從流體機(jī)械氣動熱力學(xué)和等離子體物理學(xué)的角度出發(fā)，采用適用于風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體激勵方法，抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離。本發(fā)明的抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，適用于風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，在風(fēng)力機(jī)葉片固定位置布置等離子體激勵器，施加適當(dāng)強(qiáng)度和頻率的等離子體激勵，、可以起到抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的作用，進(jìn)而提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明的等離子體激勵器I的結(jié)構(gòu)示意圖，在絕緣材料10兩側(cè)非對稱(交錯)地布置兩塊金屬電極11、12，一塊金屬電極11裸露在周圍的空氣中(以下稱為裸露電 極11)，另一塊金屬電極12嵌在絕緣材料10里(以下稱為掩埋電極12)形成一組等離子體激勵器1，金屬電極11、12的寬度可以為O. l-100mm。實際上一組等離子體激勵器中可以有多對裸露電極11和掩埋電極12，并且均為交錯布置，裸露電極11和掩埋電極12兩個金屬電極之間的交錯間距可以為0-5mm。本發(fā)明可以采用但不限于比如銅材料制成的長方形的金屬電極，絕緣材料可以采用但不限于比如聚四氟乙烯或石英玻璃等，絕緣材料厚度為
O.01-100mm。在激勵電壓13 (電壓Ι-lOOkV，頻率I-IOOOkHz的高壓交流電)的作用下，可在掩埋電極12上方生成弱電離的低溫等離子體20，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動，起到誘導(dǎo)流動的作用，如圖I所示。圖2是實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置示意圖，多組(圖中所示為三組，但不限于三組)等離子體激勵器I布置在風(fēng)力機(jī)葉片14的吸力面15上，每組等離子體激勵器之間的間距為1-1000_。等離子體激勵器I的裸露電極11與激勵電壓13的高壓端相連，等離子體激勵器I的掩埋電極12與激勵電壓13的接地端相連。在風(fēng)力機(jī)運行過程中一直開啟激勵電壓13施加等離子體激勵，可以抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面15流動分離,減小葉片阻力、增大葉片升力,提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率。圖3給出了公知風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離示意圖，由圖可知,在大來流攻角時葉片吸力面15發(fā)生了流動分離而形成分離區(qū)A，分離區(qū)A的存在增大了葉片的阻力、減小了葉片的升力，而風(fēng)力機(jī)是通過葉片的升力來帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，因此風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離會降低風(fēng)力機(jī)的輸出功率。圖4給出了等離子體激勵抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離示意圖，由圖可見在等離子體激勵作用下，氣流附著在風(fēng)力機(jī)葉片上，葉片吸力面15流動分離得到抑制，這樣可以減小葉片阻力、增大葉片升力，進(jìn)而提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法 在絕緣材料兩側(cè)非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風(fēng)力機(jī)葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動方向與主流方向相同； 在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動。
2.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器為兩組以上時，每組激勵器之間的間距為l-1000mm。
3.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵電壓為Ι-lOOkV、等離子體激勵電壓的頻率為I-IOOOkHz的交流電。
4.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或石英玻璃。
5.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的絕緣材料厚度為O. 01-100_。
6.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。
7.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極形狀為長方形。
8.如權(quán)利要求I所述抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，其中，所述的等離子體激勵器的金屬電極寬度為O. 1-100_。
全文摘要
一種抑制風(fēng)力機(jī)葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法在絕緣材料兩側(cè)非對稱地布置兩塊金屬電極，其中一塊金屬電極裸露在空氣中，另一塊金屬電極嵌在絕緣材料里，組成一組等離子體激勵器，在風(fēng)力機(jī)葉片的吸力面上安裝至少一組等離子體激勵器，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動方向與主流方向相同；在等離子體激勵器的兩個金屬電極上施加等離子體激勵電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成低溫等離子體，通過離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周圍空氣形成靜流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動。本發(fā)明具有機(jī)構(gòu)簡單緊湊、反應(yīng)迅速、能耗低等優(yōu)點。
文檔編號F03D7/00GK102913386SQ20121043869
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者李鋼, 楊凌元, 朱俊強(qiáng), 徐燕驥, 聶超群 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所