圖3

　　上世紀(jì)90年代以來(lái)，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)總量持續(xù)增加，風(fēng)力機(jī)額定功率和葉片尺寸不斷增大。截至2012年底，已投入運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)最大單機(jī)額定功率7.58兆瓦，最大風(fēng)輪直徑154米。風(fēng)電葉片的大型化趨勢(shì)使得葉片的疲勞問(wèn)題研究顯得日益重要。

　　疲勞載荷的特點(diǎn)之一在于載荷的脈動(dòng)性，這主要是由湍流、塔影效應(yīng)、風(fēng)剪切等非定常效應(yīng)引起的。由于尾緣襟翼具有較好的高頻性能、良好的結(jié)構(gòu)和安全特性，較易在風(fēng)力機(jī)上應(yīng)用，因此被認(rèn)為是降低風(fēng)力機(jī)葉片疲勞載荷最具可行性的氣動(dòng)控制部件。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、荷蘭Delft理工大學(xué)和丹麥Risø DTU等機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片尾緣襟翼進(jìn)行了較多的研究，顯示了尾緣襟翼較好的降載效果。但相關(guān)研究主要關(guān)注控制策略、氣動(dòng)彈性和實(shí)現(xiàn)方式等方面，對(duì)尾緣襟翼附近流動(dòng)狀態(tài)研究較少，對(duì)氣彈分析中的氣動(dòng)力研究主要采用準(zhǔn)定常方法求解，忽略了襟翼運(yùn)動(dòng)非定常特性的影響。

　　中科院工程熱物理研究所科研人員創(chuàng)新性地采用定常和非定常計(jì)算流體力學(xué)方法研究了尾緣襟翼的氣動(dòng)特性，分析了其對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響和作用機(jī)理，通過(guò)尾緣襟翼調(diào)節(jié)可以降低變化來(lái)流引起的載荷變化幅度，從而降低疲勞載荷，為尾緣襟翼實(shí)際應(yīng)用和控制規(guī)律的優(yōu)化提供一定的參考，為動(dòng)量葉素理論針對(duì)尾緣襟翼及其它控制部件模擬的修正提供了依據(jù)和方向。

　　近日，科研人員通過(guò)相關(guān)研究，得到了風(fēng)力機(jī)翼型尾緣襟翼優(yōu)化參數(shù)和不同因素影響的相對(duì)大小關(guān)系，并分析了其動(dòng)態(tài)特性，指出了根據(jù)具體情況調(diào)整控制規(guī)律需考慮的因素；通過(guò)對(duì)如圖1、圖2所示的翼型尾跡渦量的分析，以及動(dòng)態(tài)與靜態(tài)尾緣襟翼氣動(dòng)參數(shù)的對(duì)比，提出了以尾緣襟翼長(zhǎng)度為特征尺度來(lái)定義折合頻率，作為尾緣襟翼問(wèn)題非定常特性新的判斷準(zhǔn)則；采用非定常計(jì)算流體力學(xué)方法開(kāi)展了風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)尾緣襟翼的模擬研究，能夠?yàn)轱L(fēng)力機(jī)疲勞載荷控制提供可靠指導(dǎo)；通過(guò)對(duì)三維風(fēng)力機(jī)葉片尾緣襟翼動(dòng)態(tài)特性分析，指出尾緣襟翼對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)特性的影響不限于尾緣襟翼附近，幾乎整個(gè)葉片均受到影響，具有明顯的三維特征，因此需要對(duì)傳統(tǒng)的動(dòng)量-葉素理論進(jìn)行必要的修正，如圖3所示。

　　相關(guān)研究成果已在《工程熱物理學(xué)報(bào)》發(fā)表，并在工程熱物理年會(huì)和6th ICPF國(guó)際會(huì)議作了匯報(bào)。