[發明專利]抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法

無效

• 申請號: 201210438694.8
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102913386A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 李鋼;楊凌元;朱俊強;徐燕驥;聶超群
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及能源技術領域，用于風力發電行業，具體地是一種抑制風力機葉片吸力面流動分離，提高風力機發電效率的方法，更具體地是涉及一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法。

技術背景

能源是國民經濟重要的物質基礎，也是人類賴以生存的基本條件，國民經濟發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。傳統化石能源的逐步耗竭，以及對環境的污染，使能源危機已明顯逼近。我國已成為世界能源生產和消費大國，隨著經濟和社會的不斷發展，我國能源需求將持續增長，能源的短缺已成為制約經濟發展的一個關鍵問題。開發可再生的綠色能源是社會可持續發展的必由之路。因此，可再生新能源的開發和利用越來越引起人們的關注。可再生能源包括水能、生物質能、風能、太陽能、地熱能和海洋能等。這些資源潛力大，環境污染低，可持續利用，是有利于人與自然和諧發展的重要能源。自上世紀70年代以來，可持續發展思想逐步成為國際社會共識，可再生能源開發利用受到世界各國高度重視，許多國家將開發利用可再生能源作為能源戰略的重要組成部分，提出了明確的可再生能源發展目標，制定了鼓勵可再生能源發展的法律和政策，可再生能源得到迅速發展。近年來，在開發研究的綠色能源中，風能已成為世界上發展最迅速的能源之一，預計今后10年內其年增長率將達到20％。風能被稱為“未來的能源”，它與傳統能源如煤、石油和原子能不同，既不會對環境造成污染，也不會枯竭。在生活水平逐漸上升的發展中國家，風能是一種安裝簡便而有效的能源，而且常常是可向偏遠地區供電的唯一方式。在工業化國家，風能不失為一種兼顧能量增容和環保要求的新型能源。

與大多數能源的成本在上漲不同，隨著技術的進步，風能的成本卻下降，風能的經濟性在不斷提高。比如，丹麥的一座大風力發電站的發電成本近10多年來降低了約三分之二。

風力機在運行過程中，環境中的風速和風向是經常變化的，因此風力機經常在非設計點運行，進而會出現葉片吸力面流動分離的情況，造成風力機葉片阻力增大、升力減小，降低風力機的輸出功率。本發明通過抑制風力機葉片吸力面的流動分離，可以減小風力機葉片的阻力、增大葉片的升力，提高風力機的輸出功率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抑制風力機葉片吸力面流動分離的等離子體流動控制方法，以降低風電成本、提高風電經濟性。

為實現上述目的，本發明提供的抑制風力機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，在風力機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，加速附面層內的氣流流動。

所述抑制風力機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1-1000mm。

所述抑制風力機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1-100kV、頻率為1-1000kHz的交流電。

所述抑制風力機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。

所述抑制風力機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0.01-100mm。

所述抑制風力機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、鉬、鋼或銅。

所述抑制風力機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。

所述抑制風力機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0.1-100mm。

本發明在抑制風力機葉片吸力面流動分離方面與現在運行的技術有很大的區別：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，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。本發明的創新點體現在：

1)將等離子體流動控制方法應用于抑制風力機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)結構簡單、功耗低、激勵參數容易調節；

4)激勵作用頻帶寬和、響應迅速；