本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
座头鲸是令人印象深刻的敏捷游泳健将——这在很大程度上归功于它们鳍肢前缘上被称为结节的凸起排。 结节产生漩涡状水流，称为涡流，这有助于大型哺乳动物保持升力并延迟失速，失速是一种空气动力学现象，其中流体在鳍肢顶部的流动与底部的流动分离，导致阻力增加。
之前的研究表明，在风力涡轮机叶片上添加类似结节的凸起可以使叶片更好地收集能量，尤其是在低速时。工程师们已经将这一原理应用于工业风扇，并继续开发受鲸鱼启发的风力涡轮机技术。现在，美国海军学院 (USNA) 的研究人员已经表明，在水下潮汐涡轮机上添加凸起也能提高其性能。在一个实验室实验中，他们在 11 月 22 日举行的美国物理学会流体动力学分会年会上展示了结果，结果表明，与带有光滑边缘叶片的标准涡轮机相比，带有凸起的涡轮机在低速时产生的能量明显更多。
海洋潮汐代表着巨大的可再生、无污染能源潜力。但潮汐能产业的发展一直缓慢，很大程度上是由于技术挑战。工程师面临的一个重要障碍是难以设计出在低速水流中不会失速的涡轮机。“许多涡轮机设计在非常低的速度下，由于上表面的流动分离，无法产生升力，”美国海军学院机械工程学教授马克·默里解释说。因此，海军少尉蒂莫西·格鲁伯意识到结节在风力涡轮机上的作用，决定在海洋潮汐涡轮机叶片上测试它们。默里和海军学院船舶建筑与海洋工程系的教授大卫·弗雷德里克森为格鲁伯提供了项目建议，格鲁伯现在是麻省理工学院的研究生。
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格鲁伯使用计算机辅助设计程序制造了一个标准潮汐涡轮机叶片，然后使用该程序构建了添加了结节的版本。在实验室中，实验设计比对照组表现更好，降低了切入速度（涡轮机开始转动的阈值速度）并在较低速度下产生更多功率。在较高速度下，实验涡轮机的性能与对照组相似。
默里说，尽管这项研究是初步的，但结节叶片设计的优势在于其简单性。到目前为止，克服低速和变化速度水流的尝试都涉及复杂的机制。例如，一些风力涡轮机叶片可以根据水流速度改变形状。但默里说，这对于潮汐涡轮机来说并不理想，因为水下环境不太适宜。“在水下，你必须非常小心，因为你做得越复杂，它就越有可能损坏，”他指出。
默里说，下一步是测试该设计与工程师已经尝试使用不同方法优化以适应低速水流的叶片进行比较。他说，这些设计可能在较高速度下存在缺点，但之前的风力涡轮机研究表明，添加结节不会对较快流速下的产量产生负面影响。对于潮汐涡轮机，“如果你能找到利用低能量流的方法，又不会在较高速度流中损害自己，那绝对是一个优势，”他说。
图片来源：
涡轮机叶片的图片：由美国海军学院马克·默里教授提供
鳍肢插图：Flickr/cheesy42