加拿大新研究显示,安地斯神鸟康多兀鹫翅膀的减阻空气动力学想法,激发新型翼尖小翼(winglet)设计,如果将这个概念添加到风机叶片上,竟可提高平均发电量10%。
康多兀鹫为西半球最大、世界最长寿鸟类,是阿根廷、玻利维亚、智利、哥伦比亚、厄瓜多及秘鲁的国家象征,经常出现在南美洲传说及神话中,如今安地斯神鸟的翅膀,成风力发电叶片研究的灵感谬思,加拿大亚伯达大学便与加拿大工业设计公司BiomeRenewables合作,为风机添加新的小翼。
康多兀鹫其翼展长达3~3.7米,重量16公斤、主要以滑翔的方式飞行,康多兀鹫翅膀的空气动力学原理可减少阻力,能够在不拍打的情况下长距离滑翔,一天可飞行241公里。加拿大亚伯达大学机械工程系研究人员想探讨,受秃鹰启发的小翼设计,安装到风机叶片上是否也可以减少阻力,最后增加发电量。
飞机翼尖小翼。(Source:BrusselsAirportfromBelgium,CCBY-SA2.0,viaWikimediaCommons)
当飞机机翼、风机叶片划过空气时,顶部的吸力侧会形成一个气压较低的区域,上下表面压差让翼尖附近的机翼下表面空气会绕流到上表面,形成翼尖涡流,使气流向下偏转,产生诱导阻力。现在已经有许多飞机透过添加翼尖小翼,减少绕流对升力的破坏,但较少应用在风机叶片上。
亚伯达大学机械工程系团队与加拿大工业设计公司BiomeRenewables合作,Biome先前已透过“秃鹰计划”开发长5.35米的仿生小翼,装到风机叶片翼尖后,研究人员再用软件来确定对发电量的影响。
风机叶片利用空气动力学来捕捉风能,再转化为电,如果我们想要仰赖风力发电等再生能源,就得不断突破,尽力提高发电量。他们发现,添加小翼不仅增加沿著叶片跨度的吸力表面和压力表面间的压力差,又提高涡轮机的扭矩和发电量,让发电量平均增加10%。
不仅仅是因为空气动力学变化,叶片扫掠面积增加也是提高发电量的因素。研究人员表示,尾流研究和发电结果表明,这种仿生设计可以增加风机的功率输出。
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