本實(shí)用新型涉及一種渦流發(fā)生器，尤其涉及一種具有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器裝置，該具有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器可應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)的葉片或其他需要使用渦流發(fā)生器對(duì)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制或改進(jìn)的各種領(lǐng)域，如飛行器、汽車(chē)、潛艇、風(fēng)扇等。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種利用具有特定形狀的葉片持續(xù)不斷地將空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的機(jī)械能并最終輸出電力的能源動(dòng)力裝置。因此，葉片的氣動(dòng)效率至關(guān)重要。為了提高葉片的氣動(dòng)效率，在葉片的特定位置安裝渦流發(fā)生器是一種有效的方法。例如，中國(guó)實(shí)用新型CN 103917445、CN 103987622、CN 102454557等均提出在風(fēng)電葉片的吸力面安裝渦流發(fā)生器，以控制葉片表面的空氣流動(dòng)，提高葉片的氣動(dòng)效率，從而增加風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電量。

現(xiàn)有的渦流發(fā)生器主要由底板和垂直于底板的兩個(gè)翼片組成，翼片的形狀為三角形或梯形?；驹硎峭ㄟ^(guò)翼片產(chǎn)生沿流向發(fā)展的翼尖渦，將主流區(qū)的流體帶入能量匱乏的邊界層，以增強(qiáng)邊界層內(nèi)外流體的動(dòng)量和能量交換，從而抑制邊界層的流動(dòng)分離。渦流發(fā)生器的作用主要是溝通邊界層內(nèi)外的流體，因此翼片的高度對(duì)渦流發(fā)生器的效果具有重要影響。如果翼片高度過(guò)大，翼尖渦將難以影響邊界層內(nèi)的流體；反之，如果翼片高度過(guò)小，翼尖渦又難以影響主流區(qū)的流體。然而，葉片表面邊界層的厚度并不是恒定的，而是會(huì)隨著來(lái)流風(fēng)速的狀態(tài)和風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變。因此，現(xiàn)有的渦流發(fā)生器難以做到在各種情況下都能有效地抑制流動(dòng)分離。另一方面，翼尖渦還會(huì) 不可避免地產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，不僅帶來(lái)噪聲污染，而且會(huì)導(dǎo)致渦流發(fā)生器的振動(dòng)和脫落。

為了改進(jìn)現(xiàn)有渦流發(fā)生器技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出一種具有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠更好地抑制流動(dòng)分離，同時(shí)又能降低噪聲的渦流發(fā)生器裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：

一種具有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器裝置，所述渦流發(fā)生器包括：一個(gè)底板和垂直于所述底板的兩個(gè)翼片。其特征在于，所述底板是一塊呈等腰梯形的薄板，所述翼片為一呈三角形或梯形的薄板，所述翼片具有一條垂直于底板上表面的尾緣，所述尾緣上設(shè)有至少一個(gè)鋸齒。

具體地，所述底板是一塊呈等腰梯形的薄板，包括上表面和下表面，所述梯形包括一條短邊、一條長(zhǎng)邊和兩條斜邊。所述翼片是一種呈三角形的薄板，包括一條底邊，一條斜邊和一條垂邊。兩個(gè)翼片的底邊均與底板的上表面固定地連接在一起，且分別與底板的一條斜邊平行。每個(gè)翼片所在平面均與底板上平面基本垂直。翼片垂邊的兩個(gè)端點(diǎn)之間的連線與翼片底邊之間的夾角約為60～120度。翼片垂邊與斜邊的交點(diǎn)到底板上表面的距離稱(chēng)為翼片的高度。翼片的垂邊呈鋸齒狀，且至少包含一個(gè)鋸齒。

優(yōu)選地，所述鋸齒可以是三角形、矩形、梯形、半圓形或其他形狀。

優(yōu)選地，所述尾緣鋸齒的數(shù)量約為2～20個(gè)，優(yōu)選為5個(gè)。

優(yōu)選地，所述尾緣鋸齒的高度與翼片高度的比值約為0.05～0.45，優(yōu)選值約為0.15。其中，尾緣鋸齒的高度是指鋸齒頂點(diǎn)或鋸齒的最短邊到翼片垂邊兩個(gè)端點(diǎn)連線的垂直距離。

優(yōu)選地，所述翼片和底板采用塑料或金屬制成。所述渦流發(fā)生器可以采用將熔化為液體的塑料注入具有設(shè)計(jì)好形狀的模具之中，然后將模具和塑料冷卻從而使塑料具有特定外形的方式進(jìn)行制造。也可以采用鈑金方法將金屬按照特定方式折彎，從而使薄片具有設(shè)計(jì)的外形。還可以采用其他材料和方法制造所述渦流發(fā)生器。

優(yōu)選地，所述底板的下表面涂有粘接劑或泡沫膠，且粘接劑或泡沫膠上覆蓋有塑料薄膜。所述渦流發(fā)生器在葉片上安裝時(shí)，可以使用雙面膠帶或粘接劑將底板下表面與葉片表面粘接在一起，也可以采用其他方式將兩者固定在一起。底板在葉片上的安裝方向應(yīng)當(dāng)保證流過(guò)渦流發(fā)生器的氣流大致上是以垂直于底板短邊的方向流入，然后流向底板的長(zhǎng)邊，最后從底板的長(zhǎng)邊流出。因此，所述翼片的斜邊即為翼片的前緣，所述翼片的垂邊是翼片的尾緣。

當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)所述渦流發(fā)生器時(shí)，由于翼片所在平面與氣流的方向存在夾角，所以翼片兩側(cè)流體的壓力存在差異。具體地，迎著氣流的一側(cè)(壓力面)流體的壓力大于背著氣流的一側(cè)(吸力面)流體的壓力，結(jié)果導(dǎo)致翼片前緣附近的氣流從翼片的壓力面流向吸力面，從而在翼片前緣附近形成一個(gè)沿著流向發(fā)展的集中渦，即翼尖渦。翼尖渦從尾緣進(jìn)入流場(chǎng)以后，通過(guò)帶動(dòng)邊界層內(nèi)外的流體相互混合可以起到抑制流動(dòng)分離的作用。對(duì)于沒(méi)有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器，如果翼片高度過(guò)大，翼尖渦將難以影響邊界層內(nèi)的流體；如果翼片高度過(guò)小，翼尖渦又難以影響主流區(qū)的流體。同時(shí)，葉片表面邊界層的厚度也不是恒定不變的，而是會(huì)隨著來(lái)流風(fēng)速的狀態(tài)和風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變。因此，沒(méi)有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器很難保證在各種流動(dòng)狀態(tài)下都能有效地抑制流動(dòng)分離。對(duì)于具有鋸齒尾緣的渦流發(fā)生器，除了翼片前緣產(chǎn)生的翼尖渦之外，尾緣鋸齒還能產(chǎn)生一系列強(qiáng)度相對(duì)較弱的小渦，這些小渦會(huì)隨翼尖渦一起進(jìn)入流場(chǎng)，但處于翼尖渦和葉片表面之間，能夠促進(jìn)翼尖渦與 邊界層底部流體的動(dòng)量和能量交換。此時(shí)，將各種流動(dòng)狀態(tài)下最大的邊界層厚度作為翼片的高度即可保證所述渦流發(fā)生器在各種情況下都能有效地抑制流動(dòng)分離。另一方面，適當(dāng)設(shè)計(jì)尾緣鋸齒的形狀可以產(chǎn)生一系列反向渦對(duì)，這些反向渦對(duì)可以降低渦流發(fā)生器下游的湍流強(qiáng)度，從而降低翼尖渦產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。

應(yīng)當(dāng)注意的是，本實(shí)用新型也可以應(yīng)用于其他需要使用渦流發(fā)生器對(duì)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制或改進(jìn)的各種領(lǐng)域，如飛行器、汽車(chē)、潛艇、風(fēng)扇等。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的具有鋸齒尾緣的三角形渦流發(fā)生器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是具有鋸齒尾緣的三角形渦流發(fā)生器裝置的俯視圖。

圖3是具有鋸齒尾緣的三角形渦流發(fā)生器裝置的剖視圖。

圖4是具有鋸齒尾緣的三角形渦流發(fā)生器裝置附近流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5-圖10是幾種渦流發(fā)生器翼片和尾緣鋸齒的形狀示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，以下所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

需要說(shuō)明的是，附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本實(shí)用新型。

圖1展示了一種具有鋸齒尾緣的三角形渦流發(fā)生器的三維圖，該渦流發(fā)生器包括底板1以及固定地與底板1相連接的兩個(gè)翼片2。底板1和翼片2 均為薄板型部件，采用塑料或金屬制造，且一體化成型。翼片大致呈三角形，所在平面與底板上表面垂直，底板大致呈梯形。翼片2具有前緣3和尾緣4，且尾緣4呈鋸齒狀，包含多個(gè)三角形鋸齒5。圖2為渦流發(fā)生器的俯視圖，其中，8為氣流的方向。

圖3展示了鋸齒尾緣渦流發(fā)生器安裝在葉片表面的情況。其中，渦流發(fā)生器底板1的底部涂有泡沫膠粘劑6，通過(guò)向下按壓渦流發(fā)生器的底板，可將渦流發(fā)生器固定在葉片表面7之上。為了便于使用和安裝，制造時(shí)可以在泡沫膠底部覆蓋一層易于去除的塑料薄膜。安裝時(shí)，先撕掉塑料薄膜，然后再通過(guò)按壓的方式將渦流發(fā)生器固定在葉片表面。

圖4展示了鋸齒尾緣渦流發(fā)生器在葉片表面產(chǎn)生的渦流。其中，氣流8從翼片2的前緣流向尾緣。由于翼片所在平面與氣流的方向存在夾角，所以翼片兩側(cè)流體的壓力存在差異。具體地，迎著氣流的一側(cè)(翼片壓力面)流體的壓力大于背著氣流的一側(cè)(吸力面)流體的壓力，結(jié)果導(dǎo)致氣流在前緣附近從翼片的壓力面流向吸力面，從而在翼片前緣附近形成翼尖渦9。翼尖渦9在翼片的尾緣脫落進(jìn)入流場(chǎng)，形成尾渦10。另一方面，部分氣流在翼片尾緣處向翼片吸力面流動(dòng)時(shí)也產(chǎn)生了翼尖渦，這些翼尖渦在尾緣鋸齒處脫落形成一系列反向渦對(duì)11和12進(jìn)入流場(chǎng)，虛線13示意性地畫(huà)出了這些渦對(duì)的渦線。這些反向渦對(duì)的強(qiáng)度相對(duì)較弱，但是卻進(jìn)一步加強(qiáng)了葉片表面主流區(qū)流體與邊界層底部流體的動(dòng)量與能量交換，提高了渦流發(fā)生器的效率。同時(shí)，這些反向渦對(duì)還降低了渦流發(fā)生器下游的湍流強(qiáng)度，起到了降低噪音的作用。

圖5-圖10展示了另外幾種尾緣鋸齒的形狀。其中，圖5的翼片形狀為梯形，而尾緣鋸齒為三角形，圖6的尾緣鋸齒為梯形，圖7的尾緣鋸齒為三角形，但鋸齒之間具有一定的間隔。圖8和圖9的尾緣鋸齒分別為橢圓形和矩形，且鋸齒之間均有一定的間隔。圖10的尾緣鋸齒為梯形，鋸齒之間具有間 隔，而且翼片尾緣不垂直于渦流發(fā)生器底板。

通過(guò)上述實(shí)施例，完全有效地實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解本實(shí)用新型包括但不限于附圖和以上具體實(shí)施方式中描述的內(nèi)容。雖然本實(shí)用新型就目前認(rèn)為最為實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)知道，本實(shí)用新型并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，任何不偏離本實(shí)用新型的功能和結(jié)構(gòu)原理的修改都將包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍中。