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风能作为一种有前途的可再生能源的一个问题是风本身 - 特别是风的可。虽然风力涡轮机的空气动力学性能在稳定的风流下是最佳的,但是当暴露于诸如阵风,湍流,上游涡轮机尾流和风切变的条件下时叶片的效率会降低。
现在,一种新型的气流技术可能很快在许多不同的风力条件下提高大型风力涡轮机的效率。
锡拉丘兹大学LC史密斯工程与计算机科学学院(LCS)的研究人员正在能源部通过明尼苏达大学风能联盟的支持下,测试新的基于智能系统的主动流量控制方法。该方法通过表面测量来估计叶片表面上的流动条件,然后在智能控制器中使用该信息来实现叶片上的实时致动以控制气流并提高风力涡轮机系统的整体效率。该工作还可以减少由于流动分离引起的过度噪音和振动。
LCS研究人员Guannan Wang,Basman El Hadidi,Jakub Walczak,Mark Glauser和Hiroshi Higuchi完成的初步模拟结果表明,在半径半径范围内应用于叶片外侧的流量控制可以显着扩大风力涡轮机的整体运行范围。相同的额定功率输出,或在相同的工作范围内大幅提高额定输出功率。结果表明,在相同的额定功率输出下,风力涡轮机的整体运行范围可以有效地扩大80%,或者额定输出功率可以增加20%,同时在控制时保持相同的运行范围。上。发现致动器的最佳位置位于叶片外侧超过半径的一半。
该团队还在研究SU的新型消声风洞设施中的特征翼型,以确定翼型升力和阻力特性,并在暴露于大规模流动不稳定的情况下进行适当的流量控制。此外,还将在消声室中评估和测量流量控制对风力涡轮机的噪声谱的影响。
“我们很高兴参与明尼苏达大学领导的世界级风能联盟,”机械和航空航天工程教授格劳泽说。“这是一个很好的机会,可以转变我们在流量控制智能系统方面的专业知识,主要是通过航空航天领域的支持,发展到可再生能源领域这个重要且不断发展的领域。”
明尼苏达大学的科学家们正在研究风能的另一个低效率 - 阻力,即涡轮叶片击打空气时所感受到的阻力。明尼苏达大学圣安东尼瀑布实验室(SAFL)的团队研究了在减阻时在涡轮叶片上放置微小凹槽的效果。凹槽为三角形肋条的形式,刻在叶片表面上的涂层中。它们很浅(在40到225微米之间),人眼无法看到它们 - 让刀片看起来非常光滑。通过2.5兆瓦涡轮机翼型表面的风洞试验(成为流行的行业标准之一)和计算机模拟,他们看到了凹槽"
明尼苏达大学的研究人员Roger Arndt,Leonardo P. Chamorro和Fotis Sotiropoulos认为,沟槽将使风机效率提高约3%。
最近在加利福尼亚州长滩举行的物理学会流体动力学会会议上提出了这两项提高风力发电机效率的新思路。11月21日,SU研究小组介绍了“风力发电机主动流量控制的优点” Blades,“明尼苏达大学的研究人员介绍了”使用锋利的V型沟槽在大型风力涡轮机中减少皮肤摩擦阻力。
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