風(fēng)力發(fā)電機葉片覆冰的仿真分析及試驗驗證.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電機葉片是風(fēng)力發(fā)電機正常運行的關(guān)鍵部件之一，其性能的好壞直接影響到整機運行的穩(wěn)定性。葉片表面覆冰會改變?nèi)~片形狀，導(dǎo)致葉片荷載不平衡以及影響電力輸出等危害。研究風(fēng)力發(fā)電機葉片的覆冰特性，對發(fā)展合理的防冰除冰方法十分重要。
　　目前對于風(fēng)力發(fā)電機葉片覆冰的研究多為仿真研究，且大量的仿真分析為二維仿真，與實際情況情況相差較大，因為二維模擬忽略了一個風(fēng)機繞流場的里的一個關(guān)鍵因素，即由旋轉(zhuǎn)的葉片所產(chǎn)生的徑向氣流，這種具備三個方向的復(fù)雜

2、流場只能通過三維模擬得到。因此，區(qū)別于大量二維仿真的風(fēng)力機葉片覆冰研究，本文主要針對NE-100S風(fēng)力發(fā)電機葉片和NACA0012翼型的覆冰過程進行了三維及二維仿真模擬，利用 Fluent軟件分析了風(fēng)力發(fā)電機運行狀態(tài)下的外流場兩相流情況，利用Matlab軟件模擬了不同參數(shù)條件下的葉片覆冰情況，分析了覆冰增長過程及覆冰特性。參數(shù)條件包括葉片攻角、尺寸、環(huán)境溫度、相對風(fēng)速及過冷卻水滴中值直徑，對水滴軌跡和覆冰熱平衡過程造成的影響分別作了討論

3、，且在多功能人工氣候室進行了試驗驗證。主要研究成果有：
　?、龠\用多重參考系模型(MRF)及離散相模型(DPM)計算風(fēng)力機外部兩相流場，求得三維水滴局部碰撞系數(shù)，基于控制體思想及熱力學(xué)平衡方程求解水滴凍結(jié)系數(shù)，利用覆冰模型計算覆冰冰型。且利用風(fēng)力發(fā)電機葉片覆冰試驗驗證了該模型的仿真計算結(jié)果。
　　②葉尖覆冰嚴重，葉根覆冰較輕。因為單位時間內(nèi)，葉尖處掃過的面積最大，水滴碰撞量最多。迎風(fēng)面覆冰嚴重，背風(fēng)面幾乎沒有覆冰。覆冰出現(xiàn)在

4、迎風(fēng)面及葉片前緣，背風(fēng)面少量覆冰出現(xiàn)在背風(fēng)面靠近葉片前緣的地方，迎風(fēng)方向是覆冰最易增長方向。
　?、酃ソ窃叫?，覆冰越集中于葉片前緣，攻角越大，葉片迎風(fēng)面的覆冰量越平均。水滴碰撞率由于葉片尺寸的增加而略有減少。
　?、墚斚鄬︼L(fēng)速為0~50 m/s，覆冰區(qū)域和覆冰量均隨相對風(fēng)速的增大而增大，當MVD在20~800μm時，隨MVD的增大，上表面覆冰區(qū)域先增大后減小，下表面覆冰區(qū)域增大，覆冰量先增大后保持不變；溫度對覆冰區(qū)域影響不明