蜻蜓的翅膀激发了更好的风电场

根据英国蜻蜓协会的说法，蜻蜓的最高速度大约是每秒10到15米，用旧货币计算，大约是每小时25到30英里。但我们今天感兴趣的不是速度，而是这些昆虫如何帮助改善风力涡轮机的叶片。Jean-Luc Mauricette来自安格利亚鲁斯金大学。他向克里斯·史密斯解释了怎么做……

Jean-Luc:所以风力涡轮机在紊流条件下不能很好地工作，你通常看到的是那些看起来像螺旋桨的。螺旋桨不能很好地工作的原因是因为它们总是要面对风的方向所以如果它们偏离了10到15度那么它们就会停止工作。所以你必须有昂贵的机制，这样它们才能始终面对风的方向。

Chris -我想这意味着你必须把它们分散开来。很明显，它们不是很划算。

jean - luc——是的,他们必须互相分散很远所以他们不干扰对方的醒来。我们可以用垂直轴风力涡轮机来解决这个问题，它看起来像打蛋器。

克里斯-我只是把它想象成打蛋器，垂直安装的打蛋器在旋转。那这是怎么回事呢?

Jean-Luc -垂直轴风力涡轮机可以全方位运行，无论风从哪里来，它们都会产生升力。但这也有一些固有的问题，因为叶片的一边将面对风，另一边也将逆风工作。你必须有更高的风来阻止风力涡轮机旋转。所以蜻蜓的设计解决了这个问题。我们看到升力的增加和阻力的减少，这是驱动涡轮机发电的动力。

克里斯，我本来想问你蜻蜓是从哪里来的，现在你递给我一块塑料，上面有很多山脊和沟壑。告诉我我手里拿的是什么。

Jean-Luc -这是基于蜻蜓翅膀的横截面。你可以看到这里的波纹。如果你看一个典型的异形翼型，你会看到从飞机机翼或螺旋桨。这看起来就像一个细长的泪珠向侧面转动。

克里斯-表面很光滑。所以你说的是如果我们剪掉一个机翼它就会像一个泪珠的形状在它的侧面翻转，但它会是光滑的因为我们都非常熟悉为了符合空气动力学的目的而制造光滑表面的想法等等。那么为什么蜻蜓的翅膀上有这些脊呢?

Jean-Luc:这和你在高尔夫球上看到的很像。所以高尔夫球上的凹痕会产生湍流，从而减少阻力，同时也增加升力。

克里斯-这似乎违反直觉，不是吗?你制造了湍流，这就减少了阻力因为当球周围都是湍流时空气不会粘在表面上，在机翼表面也是一样的吗?

Jean-Luc -是的。

克里斯-如果叶片上有这些波纹，那如何转化为更好的性能呢?

Jean-Luc -它通过引起湍流来增加升力，并减少阻力，因为通过的气流不直接与叶片表面相互作用。对于典型的风力涡轮机，由于表面的污染，你可能会损失高达20%的效率。但如果经过的风没有直接与表面相互作用，那么你就不会有这个问题。因此，脏叶片不会对性能产生负面影响。

克里斯:那你做模型了吗?所以你知道吗，如果你拿一个风力涡轮机用这种材料来设计叶片你给我的这个例子是基于蜻蜓的翅膀。你有没有做过模型研究来研究它的性能以及在什么样的风条件下，如果你这样做，它的性能会好多少?

Jean-Luc -是的。所以我们进行了计算流体动力学模拟，结果显示我们期望在性能上有26%到27%的提升。

克里斯:直接吗?仅仅是用蜻蜓翅膀的形状?

jean - luc——是的是的因为以及减少阻力,增加叶片的升力,它还延迟失速。所以一旦达到一定角度机翼周围的气流就会中断并停止产生升力。

克里斯-用这个来做真的可行吗因为对于家里的人来说它看起来就像我们小时候在教室里做扇子的时候我们把纸片前后折叠起来最后得到一个一致的表面看起来就像这样。这种表面——你能在工业规模上制造出这种叶片图案的东西吗?

Jean-Luc:是的，绝对的，实际上应该更容易，因为如果你把它分解成单独的组件，它们本质上是直线的集合，它们也可以用回收材料制作。因为表面不必光滑因为它不与流过的气流相互作用所以回收材料在这些叶片的制造中有一个很好的位置。

Chris -你是说因为这些垂直安装的涡轮机更不受污染空气的影响，来自相邻涡轮机的大量湍流，你可以在更小的空间里装更多的涡轮机因此我们的发电能力会增加一小块土地的发电能力。

Jean-Luc:没错，它们在城市环境中也会工作得更好。通常你不会在城市环境中看到风力涡轮机，因为风和湍流的方向变化很快。但我们认为这些设计没有这样的问题。

克里斯:那噪音呢?因为住在风力发电场附近的人说，在某些情况下，他们发现这种噪音非常令人反感——一种长期存在的低音调搏动噪音，它一直存在，确实让一些人感到不安。它们的噪音会更大还是更小?

jean - luc——有趣的是,实际上你提到,因为研究表明,他们不太吵,因为表面相互作用少的空气本身有更少的压力变化。所以我们也看到了噪音的减少。