周大明，孙晓晶

(上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093)

0 引言

扑翼获能器作为一种较新的获能装置，由于其结构简单、鲁棒性好、噪音低以及对浅层、低速水流能量利用率高等方面的优势[1-3]，成为了风力机与水轮机等传统旋转透平的有力竞争者，得到了越来越多研究者的关注[4]。

传统的旋转透平要求流动依附在叶片表面以实现较高的获能效率，扑翼结构可利用翼型失速产生的前缘涡，使其在叶片扑动过程中始终不脱离叶片表面，从而产生高升力牵动叶片进行做功[5-8]。通过扑动运动从流体中汲取能量的理念在1972年由Wu等[9]提出。随后，McKinney和DeLaurier等[10]首次通过实验的方式，利用扑翼结构以升沉运动与俯仰运动实现了从流体中获取能量。为了研究扑翼结构的获能特性，众多学者对扑翼在不同的几何、运动参数下展开了大量的模拟与实验研究。Jones等[11]通过对扑翼俯仰幅值、缩减频率以及俯仰运动、升沉运动的相位角等参数的研究，指出仅当俯仰幅值大于诱导迎角时，且升沉运动及俯仰运动的相位差在 90°时，扑翼才能从流体中获取能量。Kinsey等[12]研究了缩减频率、俯仰幅值、俯仰轴位置和雷诺数对扑翼获能特性的影响，结果表明：与翼型几何参数和流体黏性参数相比，升沉幅值和频率的影响更大。随后，Kinsey等[13]基于CFD的模拟结果，设计了一台功率为2 kW的实验样机，对其在不同的水流速度与扑翼俯仰频率下展开了研究，实验结果与设计阶段的理论分析达成了良好的一致性，在缩减频率为0.11时，除去系统的机械损失后测得的输出功率仍可达40%，展现了扑翼获能技术的巨大潜力。……