针对垂直轴风力机运行时叶片攻角随相位角呈周期性变化所导致的强非稳定和非定常流动进而引发的气动效率问题,提出在叶片尾缘布置动态格尼襟翼的流动控制方法。以三叶片直线翼垂直轴风力机为研究对象,采用基于SST k-ω湍流模型的数值模拟方法,研究了格尼襟翼不同运动方式及伸出高度对垂直轴风力机气动性能的影响。结果表明在叶片尾缘布置动态格尼襟翼可有效提高风能利用系数,当动态格尼襟翼始终保持在压力面时,整机最大风能利用率可提高27.9%,同时最佳尖速比降低,风力机运行稳定性提高;在低尖速比下,格尼襟翼能增大单叶片切向力,提高整机在低风速下的启动力矩;当格尼襟翼高度超出一定范围时,随尖速比增大,整机风能利用率提高效果逐渐减弱,同时叶片疲劳载荷增大。

为探究格尼襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响,结合TSST湍流模型对直线翼垂直轴风力机展开数值模拟研究。结果表明低尖速比下,格尼襟翼可显著提升垂直轴风力机的气动性能,但在高尖速比下会降低气动性能;垂直轴风力机组间流体速度随尖速比的增大而增加,此高速流体可有效提升机组风能利用系数;因上游风力机组间流体加速作用,下游风力机在各尖速比下的气动性能均高于原始单风力机,且当尖速比为2.72时,下游风力机最大平均力矩比原始单风力机提高20.3%;上游风力机组安装格尼襟翼可有效提高机组间流体加速效果,使下游风力机迎风速度更高,尖速比为2.51时,格尼襟翼风力机组的下游风力机平均力矩比原始单风力机和原始格尼襟翼风力机分别提高36.5%和24%。