《Engineering Science and Technology, an International Journal》：A comprehensive review of flow control methods in low wind speed turbine applications
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这篇综述系统梳理了适用于低风速涡轮机的流动控制方法，涵盖被动与主动技术。文章重点讨论了涡流发生器（Vortex Generators）、襟翼（Flap）、格尼襟翼（Gurney Flap）等关键方法，归纳了其气动机制、有效攻角范围、对升力系数（CL）和阻力系数（CD）的影响。为提升低风速环境下风能捕获效率提供了详实的技术见解与未来研究方向指引。
在可再生能源快速发展的背景下，风能因其高转换效率和较低的环境影响而备受关注。然而，在低风速环境下，传统风力涡轮机的效率往往受限。为应对这一挑战，研究者们开发了多种流动控制方法，旨在优化叶片周围的气流，提升能量捕获效率，并减轻载荷波动。这些方法主要分为无需外部能量的被动控制和需要额外能源与实时调控的主动控制两大类。
被动流动控制方法
被动控制方法通过几何修改或添加固定结构来改善气动响应，无需外部能量输入。其中，涡流发生器（Vortex Generators, VGs）是历史最悠久且应用广泛的方法之一。它们通常成对安装在叶片表面，通过产生涡流来为边界层注入能量，从而延迟流动分离，提高升力系数（CL），并可能降低阻力系数（CD）。研究表明，矩形涡流发生器通常能产生比三角形更强的涡流，从而带来更好的性能提升。其最佳安装位置约在弦长（c）的25%处（0.25c），高度约为0.0075c，且在攻角（AOA）0°至14°范围内有效。
襟翼（Flap）是铰接在叶片上的辅助结构，通过增加有效弯度和控制环量来提升性能。它通常安装于弦长的50%至尾部，在0°至16°攻角下效果显著，能有效进行载荷控制和功率增强，并可减少疲劳损伤。
格尼襟翼（Gurney Flap）是安装在叶片尾缘的一个小翼片。它能产生反向旋转的尾涡，改变压力分布，显著提高升力。其最佳高度通常为弦长的0.5%至1.5%（0.005c - 0.015c），并以90°垂直安装时性能较优，在攻角达16°时依然有效。
此外，还有其他多种被动控制手段。例如，微型翼片（Microtab）是位于尾缘附近的微小平板，通过改变环量来提升性能，最佳安装位置约在0.95c处。空腔（Cavity）是在叶片表面设计的凹陷，用于捕捉涡流并重新激励流动，在攻角0°至15°时有效。缝翼（Slat）是安装在主叶片前缘的辅助结构，能有效延迟失速，适用于14°至24°的高攻角工况。缝隙（Slot）是在叶片内部开设的通道，将高压气流从下表面导引至上表面，为边界层补充能量。仿生涡流发生器和基于翼型的涡流发生器也展现了优于传统设计的潜力。
主动流动控制方法
主动控制方法需要外部能量输入，并结合传感器、控制器和执行器实现实时调控，以适应变化的流动条件。吹吸控制（Blowing–Suction Control）通过在叶片表面开孔，吸走低能流体并吹入高能气流，从而重新激励边界层并延迟失速。该方法在攻角10°至22°时有效，将吹气和吸气结合使用（如前缘吹气、后缘吸气）能获得最佳效果，显著提升升力系数。
等离子体致动器（Plasma Actuator）利用高压电产生等离子体，等离子体离子与中性空气分子碰撞产生体积力，形成射流来激励边界层。其性能受电极参数（形状、尺寸、材料）、电参数（电压、频率、波形）以及环境空气特性（温度、湿度）等多重因素影响。研究表明，在叶片上布置多个致动器或采用交错配置能进一步改善流动控制效果。
主动涡流发生器（Active Vortex Generators）能够根据流动条件实时升起或收回。采用形状记忆合金或介质阻挡放电等离子体驱动的主动涡流发生器，可显著提高升力系数并延迟失速。主动襟翼（Active Flap）系统通常集成电机或压电陶瓷驱动器，能够根据负载情况动态调整襟翼角度，实现显著的疲劳载荷减轻。然而，压电驱动可能存在迟滞、蠕变等非线性问题。
变形翼（Morphing Wing）技术通过改变叶片局部的形状或弯度来动态适应流动条件，从而实现环量控制，在宽攻角范围内提升气动效率。
总结与展望
本综述系统性地回顾了适用于低风速涡轮机的多种流动控制方法。被动控制方法（如涡流发生器、襟翼、格尼襟翼）因其结构简单、成本较低而得到广泛应用。主动控制方法（如吹吸控制、等离子体致动器、主动襟翼）虽然复杂度和成本更高，但能提供动态、自适应的流动控制，潜力巨大。研究发现，NACA翼型是相关研究中最常用的叶片翼型，涡流发生器则是最主流的流动控制方法。
从研究趋势看，早期研究更侧重于主动控制，但自2016年左右开始，向被动控制方法的转变较为明显。尽管已有大量研究，但针对低风速应用的流动控制综述仍然匮乏，许多新方法（如凹坑、局部柔性膜、多孔介质等）尚未在任意速度应用中得到全面评述。
未来的研究挑战包括进一步优化各种控制方法的参数（如尺寸、位置、布局），探索混合控制策略以结合被动与主动方法的优势，以及解决主动控制系统在实际应用中的可靠性、耐久性和能量消耗问题。深入理解低风速下的流动物理机制，对于开发更高效、更经济的下一代低风速风力涡轮机至关重要。
