التصميم الديناميكي الهوائي للشفرة هو بشكل أساسي تصميم تحسين الشكل ، وهو خطوة حاسمة في تصميم الشفرة. إن مزايا وعيوب تصميم الجنيح للشفرة في تصميم تحسين الشكل تحدد بشكل مباشر كفاءة توليد الطاقة لتوربينات الرياح. في ظل ظروف تشغيل توربينات الرياح ، يكون عدد رينولدز المتدفق منخفضًا نسبيًا. تعمل الشفرات عادة بسرعة منخفضة ومعامل رفع مرتفع. يتسبب تداخل التدفق بين الشفرات في التدفق. معقد جدا. نظرًا لحالة التدفق المعقدة لشكل الشفرة وتوزيع شكل الشفرة في اتجاهات مختلفة ، يصبح تصميم ملف الشفرة مهمًا للغاية.
في الوقت الحاضر ، تعتمد تقنية تصميم ملف الشفرة عادةً على طريقة تصميم جناح الطائرة المتقدم في مجال الطيران لتصميم شكل ملف الشفرة. تم استخدام تقنية CFD المتقدمة على نطاق واسع في تصميم أنواع مختلفة من الأشكال الهوائية. بالنسبة لظروف تشغيل المروحة تحت رقم رينولدز المنخفض ومعامل الرفع العالي ، من الضروري تحليل مجال التدفق لملف الشفرة باستخدام معادلة التحكم NS مع مراعاة اللزوجة.
في السنوات العشر الماضية ، عادةً ما يختار الجناح الجنيحي لريشة توربينات الرياح ذات المحور الأفقي ، أجنحة الطيران من سلسلة NACA ، مثل NACA44XX و NA-CA23XX و NACA63XX و NASALS (1). هذه الجنيحات حساسة جدًا لخشونة الحافة الأمامية. بمجرد أن تصبح الحافة الأمامية خشنة بسبب التلوث ، سينخفض أداء الجنيح بشكل كبير ، ويمكن أن يصل فقد الطاقة الناتج السنوي إلى 30٪. بعد التعرف على أن جنيحات الطائرات ليست مناسبة لشفرات طاقة الرياح ، بعد منتصف الثمانينيات ، بدأت الدول المتقدمة في طاقة الرياح في دراسة الجنيحات الخاصة للشفرات ونجحت في تطوير سلسلة جنيحات خاصة لشفرات طاقة الرياح ، مثل سلسلة US Seri و NREL ، والدنمارك. سلسلة RISO-A وسلسلة FFA-W السويدية وسلسلة DU الهولندية.
هذه الجنيحات لها مزاياها الخاصة. سلسلة Seri لديها حساسية منخفضة لخشونة سطح الجنيح ؛ تتميز سلسلة RISO-A بأداء جيد عند الاقتراب من كشك ولديها حساسية منخفضة لخشونة الحافة الأمامية ؛ سلسلة FFA-W لديها خشونة جيدة للسطح الخلفي. أداء المماطلة. اعتمدت شركة LM الدنماركية الجنيح السويدي FFA-W لشفرات توربينات الرياح الكبيرة ، وسيتم استخدام الجنيح الخاص لتوربينات الرياح على نطاق واسع في تصميم شفرات طاقة الرياح.
في الوقت الحاضر ، هناك العديد من نظريات التصميم لشكل الشفرة ، والتي تم تطويرها جميعًا على أساس نظرية الديناميكية الهوائية للجناح. النظرية الأولى لتصميم الشكل هي طريقة تصميم مبسطة تعتمد على نظرية بيتس. تفترض هذه الطريقة أن توربينات الرياح تعمل في ظل أفضل ظروف معادلة بيتس ، دون مراعاة فقد التيار الدوامي ، وما إلى ذلك ، وأن كفاءة توربينات الرياح المصممة لا تتجاوز 40٪.
في وقت لاحق ، أسس بعض علماء الديناميكا الهوائية المشهورين نظرية الديناميكا الهوائية الخاصة بهم. تعتبر نظرية شميتز فقدان الدوامة في الاتجاه المحيطي للشفرة ، وتكون نتيجة التصميم دقيقة نسبيًا. تأخذ نظرية Glauert في الاعتبار تدفق الدوامة خلف عجلة الرياح ، ولكنها تتجاهل تأثير مقاومة الجنيح للشفرة وفقدان الشفرة ، والذي له تأثير ضئيل على شكل الشفرة ، ولكن له تأثير أكبر على كفاءة توربينات الرياح. قام ويلسون بإجراء تحسينات على أساس نظرية Glauert ، ودرس تأثير فقد الشفرة ونسبة الرفع إلى السحب على أفضل أداء للشفرة ، ودرس أداء عجلة الرياح في ظل ظروف غير تصميمية ، والتي تعد حاليًا الأكثر نظرية التصميم شائعة الاستخدام.