水平轴风力机桨叶覆冰的数值模拟

发布时间：2020-05-12 05:23

【摘要】：风力机桨叶覆冰是影响风力机安全可靠性的主要因素之一,桨叶覆冰使风力机组效率降低,输出功率减少,严重覆冰时还将导致机组的非计划停机。因此,处于寒冷气象条件下的风力机桨叶结冰的相关研究已经成为保证风力机安全运行需要解决的迫切问题。 目前对风力机桨叶结冰现象的数值模拟尚处于起步阶段。本文在总结前人针对机翼和架空导线结冰数值模拟方法的基础上,选取结冰所需的预测模型和所需的热力学模型。通过分析桨叶覆冰的主要传热过程,建立了覆冰的数值模拟理论模型。 本文对风力机桨叶覆冰的成因与所需条件、影响因素、以及霜冰和光冰两种冰型的形成进行了研究。根据桨叶覆冰的特性,在GAMBIT软件中建立了桨叶翼型的物理模型,借助流体计算软件FLUENT,计算了光洁翼型的气动性能参数和过冷水滴体积分数这一结冰的关键因子,并且得出过冷水滴收集系数的分布曲线。采用迭代算法对不同风速、温度和攻角下的风力机桨叶翼型覆冰进行了计算,得出了覆冰的外形、覆冰前后翼型气动性能参数以及覆冰区域的分布。 通过翼型覆冰的数值模拟方式,在风力机桨叶取多段翼型进行了覆冰的数值模拟,取得了各个翼型生成的冰形。通过对覆冰前后桨叶气动性能的模拟计算,得出了风力机桨叶在覆冰情况下的升阻力系数变化规律。本文的研究结果对于风力机运行控制具有参考价值,对风力机桨叶的覆冰机理研究具有一定的意义,并且为接下来针对风力机桨叶结冰的实验研究以及所开发的防／除冰设备提供了对应的理论基础和对比数据。
【图文】：

2.2.3.2水滴轨迹方程空气中的过冷水滴与风力机碰撞的时候，为了取得碰撞的具体位置以及水滴碰撞速度，需要对水滴轨迹方程进行求解。如图2.3所示，为了达到风力机桨叶结冰和翼型结冰的CFD数值模拟，，必须对每个水滴进行跟踪，以确定水滴是否与桨叶发生碰撞。在计算水滴轨迹时做以下理想化假设[291:1.水滴的体积保持不变，但是其形状可以改变，引入与水滴体积相等的当量球的概念，其直径为d、。2.水滴的密度在整个过程中保持不变。3.水滴的初始速度与自由流的速度相等，水滴体积很小以至于它们的绕流不会影响流场的性质。图2.3水滴轨迹示意图为了计算水滴轨迹，考虑作用在水滴上的重力、定律，水滴轨迹方程可以写成为:城反=F其中:MJ=几气浮力和阻力

为瘤状冰;介于霜状冰和瘤状冰之间的冰型称为混合冰，它在滞止区域附近有回流现象，具有瘤状冰的特征，而在上下结冰极限附近收集的过冷水滴立即冻结，也具有霜状冰的特征[331。如图2.8所示，本文主要研究最常见的两大类:霜冰(RimeIce)和光冰 (GlazeIce)。霜冰是空气中的过冷水滴在与物体碰撞点处直接凝结成
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 卜雪琴;林贵平;;基于CFD的水收集系数及防冰表面温度预测[J];北京航空航天大学学报;2007年10期

2 韩凤华，张朝民，王跃欣;飞机机翼表面水滴撞击特性计算[J];北京航空航天大学学报;1995年03期

3 周鹤良;;我国风力发电产业发展前景与策略[J];电气技术;2006年06期

4 黄河,刘建军,李万平;覆冰导线绕流的数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报;2004年06期

5 赵大庆,王莹,韩玺山;风力发电场的主要环境问题[J];环境保护科学;2005年03期

6 张大林,杨曦,昂海松;过冷水滴撞击结冰表面的数值模拟[J];航空动力学报;2003年01期

7 陈维建,张大林;瘤状冰结冰过程的数值模拟[J];航空动力学报;2005年03期

8 杨倩,常士楠,袁修干;水滴撞击特性的数值计算方法研究[J];航空学报;2002年02期

9 刘和云,付俊萍,周迪,黄素逸;导线覆冰时收集系数的量纲分析[J];华中科技大学学报;2001年10期

10 姚兴佳,依雪峰;风力发电在跨世纪能源结构中的地位[J];节能;1997年07期

本文编号：2659731