風力發電機產生地球能量的4%,但它們只有在風吹得正常時才能正常工作。現在,透過從昆蟲的靈活翅膀中獲得靈感,科學家們已經找到了一種方法,使風力渦輪機葉片在產生能量方面提高35%的效率。如果商業化,這可能使得這種綠色技術在未來幾年替代化石燃料變的更可行的。 提高風力渦輪機的效率不僅僅是使轉子儘可能快地旋轉的問題。渦輪機在高速下除了變得更容易發生災難性故障之外,也變得不太有效,因為轉子變得更像是一堵牆,阻止風流過快速旋轉的葉片,利福尼亞州的聖地亞哥州立大學工程教授Asfaw Beyene說。
巴黎索邦大學的物理學家Vincent Cognet說,最佳的動力來自中等的旋轉速度。為了使它們最有效地發電,風必須以正確的“槳距角”衝擊葉片,以便向發電機施加適當量的扭矩
昆蟲的翅膀沒有這個問題。因為它們是靈活的,蜜蜂和蜻蜓的翅膀能夠引導空氣動力學負載在他們的飛行方向,增加功率。並且因為他們自然地在風中彎曲,他們可以最小化阻力,以避免損壞。
為了看這種靈活性是否會提高風力渦輪機的效率,Cognet和他的團隊製造了具有三種不同轉子風格的小型渦輪機原型。一個是完全剛性,一個有點靈活,一個是非常靈活。所有三個渦輪機具有三個轉子,但是柔性的渦輪機由稱為聚對苯二甲酸乙二醇酯的柔韌材料製成,而剛性版本由剛性合成樹脂製成。
在風洞試驗中,最靈活的葉片證明有點太鬆弛,它們不能產生與像其他兩個一樣多的力量。但是,中等柔性葉片的效能優於剛性葉片,使得葉片能夠在更寬的風力條件下高效執行並且提高35%的功率。
測試還表明,改進來自槳距角的變化:由於渦輪葉片分別由於風壓和離心效應而來回地彎曲,槳距角略微變化。在較低的風速下,更高的槳距角(更“開”)更高效,而在高速下更低的槳距角(更“封閉”)更好。事實上,更快的風導致更高的轉速,稍微關閉俯仰角以幫助產生更多的功率。
Beyene說,工程方面需要時間,但是他自己對變形葉片的實驗表明,新研究中表現出的35%的功率增長是完全合理的預期,並且將是對完全可再生未來的巨大助益。他的團隊已經積極規劃使用相同原理操作的更大原型。 “流體力學和物理學讓我們堅信,”他說, “沒有理由我們不能使變形葉片適應風力條件。
風力發電機產生地球能量的4%,但它們只有在風吹得正常時才能正常工作。現在,透過從昆蟲的靈活翅膀中獲得靈感,科學家們已經找到了一種方法,使風力渦輪機葉片在產生能量方面提高35%的效率。如果商業化,這可能使得這種綠色技術在未來幾年替代化石燃料變的更可行的。 提高風力渦輪機的效率不僅僅是使轉子儘可能快地旋轉的問題。渦輪機在高速下除了變得更容易發生災難性故障之外,也變得不太有效,因為轉子變得更像是一堵牆,阻止風流過快速旋轉的葉片,利福尼亞州的聖地亞哥州立大學工程教授Asfaw Beyene說。
巴黎索邦大學的物理學家Vincent Cognet說,最佳的動力來自中等的旋轉速度。為了使它們最有效地發電,風必須以正確的“槳距角”衝擊葉片,以便向發電機施加適當量的扭矩
昆蟲的翅膀沒有這個問題。因為它們是靈活的,蜜蜂和蜻蜓的翅膀能夠引導空氣動力學負載在他們的飛行方向,增加功率。並且因為他們自然地在風中彎曲,他們可以最小化阻力,以避免損壞。
為了看這種靈活性是否會提高風力渦輪機的效率,Cognet和他的團隊製造了具有三種不同轉子風格的小型渦輪機原型。一個是完全剛性,一個有點靈活,一個是非常靈活。所有三個渦輪機具有三個轉子,但是柔性的渦輪機由稱為聚對苯二甲酸乙二醇酯的柔韌材料製成,而剛性版本由剛性合成樹脂製成。
在風洞試驗中,最靈活的葉片證明有點太鬆弛,它們不能產生與像其他兩個一樣多的力量。但是,中等柔性葉片的效能優於剛性葉片,使得葉片能夠在更寬的風力條件下高效執行並且提高35%的功率。
測試還表明,改進來自槳距角的變化:由於渦輪葉片分別由於風壓和離心效應而來回地彎曲,槳距角略微變化。在較低的風速下,更高的槳距角(更“開”)更高效,而在高速下更低的槳距角(更“封閉”)更好。事實上,更快的風導致更高的轉速,稍微關閉俯仰角以幫助產生更多的功率。
Beyene說,工程方面需要時間,但是他自己對變形葉片的實驗表明,新研究中表現出的35%的功率增長是完全合理的預期,並且將是對完全可再生未來的巨大助益。他的團隊已經積極規劃使用相同原理操作的更大原型。 “流體力學和物理學讓我們堅信,”他說, “沒有理由我們不能使變形葉片適應風力條件。