CN205841096U

CN205841096U - 一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置

Info

Publication number: CN205841096U
Application number: CN201620437683.1U
Authority: CN
Inventors: 黄宸武; 彭路南; 曾文武; 张水香; 易军萍; 刘强
Original assignee: Yichun University
Current assignee: Yichun University
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2026-05-16

Abstract

本实用新型提出了一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置，所述涡流发生器装置包括一块底板和垂直于底板的两块翼片。所述翼片的尾缘具有至少一个三角形锯齿或其他形状的锯齿。所述尾缘锯齿将在涡流发生器下游的流场中产生一系列反向涡对。这些反向涡对能够进一步加强主流区流体与边界层底部流体的动量和能量交换，并且能够降低涡流发生器下游的湍流强度，从而起到降低涡流发生器噪声的作用。

Description

一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置

技术领域

本实用新型涉及一种涡流发生器，尤其涉及一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置，该具有锯齿尾缘的涡流发生器可应用于风力机的叶片或其他需要使用涡流发生器对流动状态进行控制或改进的各种领域，如飞行器、汽车、潜艇、风扇等。

背景技术

风力发电机是一种利用具有特定形状的叶片持续不断地将空气的动能转化为发电机的机械能并最终输出电力的能源动力装置。因此，叶片的气动效率至关重要。为了提高叶片的气动效率，在叶片的特定位置安装涡流发生器是一种有效的方法。例如，中国实用新型CN 103917445、CN 103987622、CN 102454557等均提出在风电叶片的吸力面安装涡流发生器，以控制叶片表面的空气流动，提高叶片的气动效率，从而增加风力机的年发电量。

现有的涡流发生器主要由底板和垂直于底板的两个翼片组成，翼片的形状为三角形或梯形。基本原理是通过翼片产生沿流向发展的翼尖涡，将主流区的流体带入能量匮乏的边界层，以增强边界层内外流体的动量和能量交换，从而抑制边界层的流动分离。涡流发生器的作用主要是沟通边界层内外的流体，因此翼片的高度对涡流发生器的效果具有重要影响。如果翼片高度过大，翼尖涡将难以影响边界层内的流体；反之，如果翼片高度过小，翼尖涡又难以影响主流区的流体。然而，叶片表面边界层的厚度并不是恒定的，而是会随着来流风速的状态和风力机的运行状态发生改变。因此，现有的涡流发生器难以做到在各种情况下都能有效地抑制流动分离。另一方面，翼尖涡还会不可避免地产生气动噪声，不仅带来噪声污染，而且会导致涡流发生器的振动和脱落。

为了改进现有涡流发生器技术存在的不足，本实用新型提出一种具有锯齿尾缘的涡流发生器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够更好地抑制流动分离，同时又能降低噪声的涡流发生器装置。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置，所述涡流发生器包括：一个底板和垂直于所述底板的两个翼片。其特征在于，所述底板是一块呈等腰梯形的薄板，所述翼片为一呈三角形或梯形的薄板，所述翼片具有一条垂直于底板上表面的尾缘，所述尾缘上设有至少一个锯齿。

具体地，所述底板是一块呈等腰梯形的薄板，包括上表面和下表面，所述梯形包括一条短边、一条长边和两条斜边。所述翼片是一种呈三角形的薄板，包括一条底边，一条斜边和一条垂边。两个翼片的底边均与底板的上表面固定地连接在一起，且分别与底板的一条斜边平行。每个翼片所在平面均与底板上平面基本垂直。翼片垂边的两个端点之间的连线与翼片底边之间的夹角约为60～120度。翼片垂边与斜边的交点到底板上表面的距离称为翼片的高度。翼片的垂边呈锯齿状，且至少包含一个锯齿。

优选地，所述锯齿可以是三角形、矩形、梯形、半圆形或其他形状。

优选地，所述尾缘锯齿的数量约为2～20个，优选为5个。

优选地，所述尾缘锯齿的高度与翼片高度的比值约为0.05～0.45，优选值约为0.15。其中，尾缘锯齿的高度是指锯齿顶点或锯齿的最短边到翼片垂边两个端点连线的垂直距离。

优选地，所述翼片和底板采用塑料或金属制成。所述涡流发生器可以采用将熔化为液体的塑料注入具有设计好形状的模具之中，然后将模具和塑料冷却从而使塑料具有特定外形的方式进行制造。也可以采用钣金方法将金属按照特定方式折弯，从而使薄片具有设计的外形。还可以采用其他材料和方法制造所述涡流发生器。

优选地，所述底板的下表面涂有粘接剂或泡沫胶，且粘接剂或泡沫胶上覆盖有塑料薄膜。所述涡流发生器在叶片上安装时，可以使用双面胶带或粘接剂将底板下表面与叶片表面粘接在一起，也可以采用其他方式将两者固定在一起。底板在叶片上的安装方向应当保证流过涡流发生器的气流大致上是以垂直于底板短边的方向流入，然后流向底板的长边，最后从底板的长边流出。因此，所述翼片的斜边即为翼片的前缘，所述翼片的垂边是翼片的尾缘。

当气流经过所述涡流发生器时，由于翼片所在平面与气流的方向存在夹角，所以翼片两侧流体的压力存在差异。具体地，迎着气流的一侧(压力面)流体的压力大于背着气流的一侧(吸力面)流体的压力，结果导致翼片前缘附近的气流从翼片的压力面流向吸力面，从而在翼片前缘附近形成一个沿着流向发展的集中涡，即翼尖涡。翼尖涡从尾缘进入流场以后，通过带动边界层内外的流体相互混合可以起到抑制流动分离的作用。对于没有锯齿尾缘的涡流发生器，如果翼片高度过大，翼尖涡将难以影响边界层内的流体；如果翼片高度过小，翼尖涡又难以影响主流区的流体。同时，叶片表面边界层的厚度也不是恒定不变的，而是会随着来流风速的状态和风力机的运行状态发生改变。因此，没有锯齿尾缘的涡流发生器很难保证在各种流动状态下都能有效地抑制流动分离。对于具有锯齿尾缘的涡流发生器，除了翼片前缘产生的翼尖涡之外，尾缘锯齿还能产生一系列强度相对较弱的小涡，这些小涡会随翼尖涡一起进入流场，但处于翼尖涡和叶片表面之间，能够促进翼尖涡与边界层底部流体的动量和能量交换。此时，将各种流动状态下最大的边界层厚度作为翼片的高度即可保证所述涡流发生器在各种情况下都能有效地抑制流动分离。另一方面，适当设计尾缘锯齿的形状可以产生一系列反向涡对，这些反向涡对可以降低涡流发生器下游的湍流强度，从而降低翼尖涡产生的气动噪声。

应当注意的是，本实用新型也可以应用于其他需要使用涡流发生器对流动状态进行控制或改进的各种领域，如飞行器、汽车、潜艇、风扇等。

附图说明

图1是本实用新型的具有锯齿尾缘的三角形涡流发生器装置的结构示意图。

图2是具有锯齿尾缘的三角形涡流发生器装置的俯视图。

图3是具有锯齿尾缘的三角形涡流发生器装置的剖视图。

图4是具有锯齿尾缘的三角形涡流发生器装置附近流场结构的示意图。

图5-图10是几种涡流发生器翼片和尾缘锯齿的形状示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。

图1展示了一种具有锯齿尾缘的三角形涡流发生器的三维图，该涡流发生器包括底板1以及固定地与底板1相连接的两个翼片2。底板1和翼片2 均为薄板型部件，采用塑料或金属制造，且一体化成型。翼片大致呈三角形，所在平面与底板上表面垂直，底板大致呈梯形。翼片2具有前缘3和尾缘4，且尾缘4呈锯齿状，包含多个三角形锯齿5。图2为涡流发生器的俯视图，其中，8为气流的方向。

图3展示了锯齿尾缘涡流发生器安装在叶片表面的情况。其中，涡流发生器底板1的底部涂有泡沫胶粘剂6，通过向下按压涡流发生器的底板，可将涡流发生器固定在叶片表面7之上。为了便于使用和安装，制造时可以在泡沫胶底部覆盖一层易于去除的塑料薄膜。安装时，先撕掉塑料薄膜，然后再通过按压的方式将涡流发生器固定在叶片表面。

图4展示了锯齿尾缘涡流发生器在叶片表面产生的涡流。其中，气流8从翼片2的前缘流向尾缘。由于翼片所在平面与气流的方向存在夹角，所以翼片两侧流体的压力存在差异。具体地，迎着气流的一侧(翼片压力面)流体的压力大于背着气流的一侧(吸力面)流体的压力，结果导致气流在前缘附近从翼片的压力面流向吸力面，从而在翼片前缘附近形成翼尖涡9。翼尖涡9在翼片的尾缘脱落进入流场，形成尾涡10。另一方面，部分气流在翼片尾缘处向翼片吸力面流动时也产生了翼尖涡，这些翼尖涡在尾缘锯齿处脱落形成一系列反向涡对11和12进入流场，虚线13示意性地画出了这些涡对的涡线。这些反向涡对的强度相对较弱，但是却进一步加强了叶片表面主流区流体与边界层底部流体的动量与能量交换，提高了涡流发生器的效率。同时，这些反向涡对还降低了涡流发生器下游的湍流强度，起到了降低噪音的作用。

图5-图10展示了另外几种尾缘锯齿的形状。其中，图5的翼片形状为梯形，而尾缘锯齿为三角形，图6的尾缘锯齿为梯形，图7的尾缘锯齿为三角形，但锯齿之间具有一定的间隔。图8和图9的尾缘锯齿分别为椭圆形和矩形，且锯齿之间均有一定的间隔。图10的尾缘锯齿为梯形，锯齿之间具有间隔，而且翼片尾缘不垂直于涡流发生器底板。

通过上述实施例，完全有效地实现了本实用新型的目的。该领域的技术人员可以理解本实用新型包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本实用新型就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本实用新型并不限于所公开的实施例，任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims

1.一种具有锯齿尾缘的涡流发生器装置，包括一底板和垂直于所述底板的两个翼片，其特征在于，所述底板是一块呈等腰梯形的薄板，所述翼片为呈三角形或梯形的薄板，所述翼片具有一条垂直于底板上表面的尾缘，所述尾缘上设有至少一个锯齿。

2.如权利要求1所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述锯齿为三角形、梯形、矩形或半圆形。

3.如权利要求1所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述锯齿的数量为2～20个。

4.如权利要求3所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述锯齿的数量为5个。

5.如权利要求1所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述锯齿的高度与翼片高度的比值为0.05～0.45。

6.如权利要求5所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述锯齿的高度与翼片高度的比值约为0.15。

7.如权利要求1所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述底板的下表面涂有粘接剂或泡沫胶，且粘接剂或泡沫胶上覆盖有塑料薄膜。

8.如权利要求1所述的涡流发生器装置，其特征在于，所述翼片和底板采用塑料或金属制成。