專利名稱：一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)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)，具體地涉及一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失、提高風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率的新方法，更具體地涉及一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)賴以生存的基本條件，國(guó)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(duì)環(huán)境的污染，使能源危機(jī)已明顯逼近。我國(guó)已成為世界能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)能源需求將持續(xù)增長(zhǎng)，能源的短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵 問(wèn)題。開(kāi)發(fā)可再生的綠色能源是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。因此，可再生新能源的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越引起人們的關(guān)注?？稍偕茉窗ㄋ?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)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(lái)，可持續(xù)發(fā)展思想逐步成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)，可再生能源開(kāi)發(fā)利用受到世界各國(guó)高度重視，許多國(guó)家將開(kāi)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(lì)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(lái)，在開(kāi)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(jì)今后10年內(nèi)其年增長(zhǎng)率將達(dá)到20%。風(fēng)能被稱為“未來(lái)的能源”，它與傳統(tǒng)能源如煤、石油和原子能不同，既不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，也不會(huì)枯竭。在生活水平逐漸上升的發(fā)展中國(guó)家，風(fēng)能是一種安裝簡(jiǎn)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(guó)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(lái)降低了約三分之二。本發(fā)明正是針對(duì)降低風(fēng)電成本、提高風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性而提出的。風(fēng)電場(chǎng)中許多風(fēng)力機(jī)布置在一起，一些風(fēng)力機(jī)將處于另一些風(fēng)力機(jī)的尾跡中，使風(fēng)力機(jī)的性能受到影響，功率輸出減小，影響整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的功率輸出。本發(fā)明通過(guò)改善風(fēng)力機(jī)的尾跡，可以提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，采用本發(fā)明的方法一方面可以減小風(fēng)力機(jī)的尾跡損失，另一方面可以減小尾跡對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的干擾，進(jìn)而可以提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的輸出功率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法是在絕緣材料兩側(cè)非對(duì)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(lì)器，該等離子體激勵(lì)器安裝在風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的尾緣處，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動(dòng)方向與主流方向相同；等離子體激勵(lì)器的兩個(gè)金屬電極上施加等離子體激勵(lì)電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成弱電離的低溫等離子體，通過(guò)離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周?chē)諝庑纬伸o流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，等離子體激勵(lì)器距離葉片尾緣l-1000mm。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，等離子體激勵(lì)電壓為l-100kv、等離子體激勵(lì)電壓的頻率為I-IOOOkHz的交流電。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或石英玻璃。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì) 器的絕緣材料厚度為O. 01-100mm。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極形狀為長(zhǎng)方形。所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極寬度為O. l-100mm。本發(fā)明在減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失方面與公知技術(shù)有很大的區(qū)別等離子體流動(dòng)控制是一種基于等離子體氣動(dòng)激勵(lì)的流動(dòng)控制技術(shù)，等離子體激勵(lì)以等離子體為載體，對(duì)流場(chǎng)施加一種可控的擾動(dòng)。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在I)將等離子體流動(dòng)控制方法應(yīng)用于減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失；2)等離子體激勵(lì)是電激勵(lì)，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件；3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、激勵(lì)參數(shù)容易調(diào)節(jié)；4)激勵(lì)作用頻帶寬和、響應(yīng)迅速。


圖I是本發(fā)明采用的等離子體激勵(lì)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是公知風(fēng)力機(jī)葉片尾跡示意圖；圖4是本發(fā)明等離子體激勵(lì)減小風(fēng)力機(jī)尾跡示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明方法包括以下幾部分風(fēng)力機(jī)葉片，起到帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的作用，同時(shí)也是等離子體激勵(lì)器的載體；等離子體激勵(lì)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(lì)電壓(高壓交流電源)，為等離子體激勵(lì)器提供電源。本發(fā)明從流體機(jī)械氣動(dòng)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)尾跡流動(dòng)控制的等離子體激勵(lì)方法，使風(fēng)力機(jī)尾跡損失一直處在較低水平。本發(fā)明在風(fēng)力機(jī)葉片固定位置處布置等離子體激勵(lì)器，施加適當(dāng)強(qiáng)度和頻率的等離子體激勵(lì)，一方面可以起到減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的作用，另一方面可以減小尾跡對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的干擾。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的等離子體激勵(lì)器I的結(jié)構(gòu)示意圖，在絕緣材料10兩側(cè)非對(duì)稱(交錯(cuò))地布置兩塊金屬電極11、12，一塊金屬電極11裸露在周?chē)目諝庵?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(lì)器1，金屬電極11、12的寬度可以為O. l-100mm。實(shí)際上一組等離子 體激勵(lì)器中可以有多對(duì)裸露電極11和掩埋電極12，并且均為交錯(cuò)布置，裸露電極11和掩埋電極12兩個(gè)金屬電極之間的交錯(cuò)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(zhǎng)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
0.01-100mm。在激勵(lì)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(guò)離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周?chē)諝庑纬伸o流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)，產(chǎn)生了如圖I中的誘導(dǎo)流動(dòng)。圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，等離子體激勵(lì)器I布置在風(fēng)力機(jī)葉片14的吸力面15的尾緣，等離子體激勵(lì)器I (掩埋電極12的邊緣)距風(fēng)力機(jī)葉片的尾緣保留有I-IOOOmm的距離。等離子激勵(lì)器的裸露電極11與激勵(lì)電壓13的高壓端相連，等離子激勵(lì)器的掩埋電極12與激勵(lì)電壓13的接地端相連，在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中一直開(kāi)啟激勵(lì)電壓13，施加等離子體激勵(lì)，這樣就可以減小風(fēng)力機(jī)葉片尾跡損失，同時(shí)減小對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的干擾。圖3給出了公知風(fēng)力機(jī)葉片繞流示意圖，由圖可見(jiàn)來(lái)流經(jīng)過(guò)風(fēng)力機(jī)葉片后形成了尾跡，尾跡中充滿不規(guī)則的漩渦，不斷消耗氣流的能量，并形成壓差阻力和氣動(dòng)噪聲。圖4給出了本發(fā)明利用等離子體激勵(lì)減小尾跡寬度示意圖，由圖可見(jiàn)在等離子體激勵(lì)作用下，與圖3中不施加等離子體激勵(lì)相比，風(fēng)力機(jī)葉片后的尾跡寬度減小，這樣可以減小尾跡損失，同時(shí)減小對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的干擾。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)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(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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
1.一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法 在絕緣材料兩側(cè)非對(duì)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(lì)器，該等離子體激勵(lì)器安裝在風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的尾緣處，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動(dòng)方向與主流方向相同； 等離子體激勵(lì)器的兩個(gè)金屬電極上施加等離子體激勵(lì)電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成弱電離的低溫等離子體，通過(guò)離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周?chē)諝庑纬伸o流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器距離風(fēng)力機(jī)葉片尾緣l-1000mm。
3.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)電壓為Ι-lOOkV、等離子體激勵(lì)電壓的頻率為I-IOOOkHz的交流電。
4.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)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(dòng)分離的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的絕緣材料厚度為O. 01-100_。
6.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極的材料為鎢、鑰、鋼或銅。
7.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極形狀為長(zhǎng)方形。
8.如權(quán)利要求I所述減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法，其中，所述的等離子體激勵(lì)器的金屬電極寬度為O. l-100mm。
全文摘要
一種減小風(fēng)力機(jī)尾跡損失的等離子體流動(dòng)控制方法在絕緣材料兩側(cè)非對(duì)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(lì)器，該等離子體激勵(lì)器安裝在風(fēng)力機(jī)葉片吸力面的尾緣處，安裝方式須使等離子體誘導(dǎo)流動(dòng)方向與主流方向相同；等離子體激勵(lì)器的兩個(gè)金屬電極上施加等離子體激勵(lì)電壓，在嵌入絕緣材料內(nèi)的金屬電極上方生成弱電離的低溫等離子體，通過(guò)離子與中性氣體分子的碰撞向邊界層輸送能量，使周?chē)諝庑纬伸o流量為零的水平方向射流，加速附面層內(nèi)的氣流流動(dòng)。本發(fā)明可以減小風(fēng)力機(jī)的尾跡損失，并減小尾跡對(duì)下游風(fēng)力機(jī)的干擾，提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)總的輸出功率。
文檔編號(hào)F03D11/00GK102913399SQ201210438570
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所