专利名称：一种用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，特别涉及一种适合于流动速度较低、发电装置的主轴转速较慢的垂直轴风力发电或垂直轴潮流发电装置的叶片断面翼型。
背景技术：
到目前为止，在垂直轴(或称为立轴式)风力发电机或垂直轴潮流发电机(或称为垂直轴潮流水轮机、立轴式潮流水轮机)的叶片设计中，往往还是借用一些航空机翼或水平轴风力发电机的叶片断面翼型，可供参考的垂直轴风力发电机或垂直轴潮流发电机的叶片翼型极其稀少。常用航空机翼所设计的翼型轮廓流线型的光滑性和连续性均很好，翼型的厚度变化均匀，在流速较高的流动中损失较小。当垂直轴流体发电装置采用一般航空机翼或水平轴风力发电机的叶片断面翼型时，由于流动速度较小，流体在绕过翼型时往往经历层流分离和湍流分离，导致较大的流动损失、并诱发大量漩涡脱离，使得发电装置的能量利用效率低、流致噪声大、运行稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，使其减小流动阻力和流动损失的，缓解流动噪声和振动，以提高垂直轴风力发电机或垂直轴潮流水轮机的流体动力学性能、提高垂直轴流体发电装置的能量利用效率。
本发明的技术方案如下一种用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，包括翼型前段和翼型后段，其表面轮廓由若干段曲率变化的光滑连续曲线构成，且上下对称，其特征在于从翼型最大厚度处开始，翼型轮廓由正曲率曲线逐渐过渡为负曲率曲线，翼型在后缘附近以负斜率直线与负曲率曲线相切；所述翼型的最大厚度c与翼型的弦长L之比为0.18～0.25。
本发明的技术特征还在于所述翼型的最大厚度所在位置离翼型头部的距离a与弦长L之比值为0.35～0.45。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果(1)通过在翼型头部及翼型前段采用较大的厚度，可以有效地控制在翼型表面附近的流体运动，使得流动在翼型头部附近迅速向湍流转捩，避免层流分离，达到减小流动阻力和流动损失的目的；采用较大厚度，还能增加垂直轴流体发电装置叶片的机械强度和刚度。
(2)通过在翼型后段采用负曲率的曲线，可以适当减小翼型摩擦阻力系数，从而达到提高流体发电装置功率系数的作用。
(3)由于采用上下对称的翼型几何形状，可缓解垂直轴流体发电装置在360°旋转过程中的流动噪声和振动，改善其运行稳定性。
图1为本发明提供的用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的原理、结构做进一步的说明图1为用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型示意图。包括翼型前段1和翼型后段2，其表面轮廓由若干段曲率变化的光滑连续曲线构成，且上下对称。以翼型的上表面轮廓为例说明如下翼型在离翼型头部的距离为a处的厚度达到最大值c。其中在叶片翼型头部及翼型前段，翼型轮廓为正曲率曲线，直至翼型最大厚度处。从翼型最大厚度处开始，翼型轮廓由正曲率曲线逐渐过渡为负曲率曲线，翼型在后缘附近以负斜率直线与负曲率曲线相切。通过在翼型后段采用负曲率的曲线，可以适当减小翼型摩擦阻力系数，从而达到提高流体发电装置功率系数的作用。本发明设计的翼型形状，其最大厚度c与翼型的弦长L之比值最好在0.18～0.25范围；且最大厚度所在位置离翼型头部的距离与弦长之比值最好为0.35至0.45。这样，通过在翼型头部及翼型前段采用较大的厚度，可以有效地控制在翼型表面附近的流体运动，使得流动在翼型头部附近迅速向湍流转捩，避免层流分离，达到减小流动阻力和流动损失的目的；采用较大厚度，还能增加垂直轴流体发电装置叶片的机械强度和刚度。
权利要求
1.一种用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，包括翼型前段(1)和翼型后段(2)，其表面轮廓由若干段曲率变化的光滑连续曲线构成，且上下对称，其特征在于从翼型最大厚度处开始，翼型轮廓由正曲率曲线逐渐过渡为负曲率曲线(3)，翼型在后缘(5)附近以负斜率直线与负曲率曲线相切；所述翼型的最大厚度c与翼型的弦长L之比为0.18～0.25。
2.按照权利要求1所述的用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，其特征在于所述翼型的最大厚度所在位置离翼型头部(4)的距离a与弦长L之比值为0.35～0.45。
全文摘要
一种用于垂直轴流体发电装置的叶片断面翼型，涉及一种适合于流动速度较低、发电装置主轴的转速较慢的垂直轴风力发电或垂直轴潮流发电装置的叶片断面翼型。本发明的技术特点是在翼型前段采用较大的厚度、在翼型后段有一段负曲率的曲线，可以有效地控制在翼型表面附近的流体运动，使得低速的流动在翼型头部附近迅速转捩，避免层流分离，达到减小流动阻力和流动损失、提高流体发电装置功率系数的目的。同时，翼型采用上下对称的几何形状，可缓解垂直轴流体发电装置在360°旋转过程中的流动噪声和振动，改善其运行稳定性。
文档编号F03D11/00GK1912385SQ20061011277
公开日2007年2月14日 申请日期2006年9月1日 优先权日2006年9月1日
发明者罗先武, 刘树红, 史威 申请人:清华大学