小型風力發(fā)電機葉片覆冰的氣動力學特性研究.pdf

1、近年來全球風電總裝機容量呈顯著上升趨勢，但位于低溫地區(qū)的風電場極易出現(xiàn)覆冰積雪等問題，這些問題影響風電場的安全可靠運行，雖然國內外對風力發(fā)電機葉片的覆冰規(guī)律和覆冰前后翼型氣動參數(shù)的變化進行了較多的研究，但對覆冰增長過程中葉片風能利用率的變化規(guī)律的研究較為少見，且覆冰后的功率特性試驗也尚未見諸報端。因此，研究不同覆冰類型和程度對葉片風能利用率的影響情況，并在人工氣候室對風力機進行覆冰試驗，得到其輸出功率隨覆冰增長的變化規(guī)律，對覆冰地區(qū)風力

2、機的安全運行具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　本文首先對風力發(fā)電機空氣動力學基本理論進行了介紹，在動量-葉素理論的基礎上，得到理想風力發(fā)電機風能利用率的表達式；然后建立一種常用的風機葉片翼型數(shù)值計算模型，研究典型的雨凇和霧凇對翼型氣動參數(shù)的影響，對不同覆冰程度時的翼型風能利用率進行計算，進一步得到考慮覆冰增長和葉尖速比改變時葉片風能利用率的變化規(guī)律；最后對小型風力發(fā)電機進行人工覆冰試驗，得到風力機輸出功率隨覆冰增長的變化規(guī)律

3、。論文的主要工作及取得的結果如下：
　　①對風力發(fā)電機空氣動力學基本理論進行介紹，在動量-葉素理論的基礎上，得到了直接影響風能利用率的影響因素，然后計算并對其變化規(guī)律進行分析，為后面覆冰對葉片風能利用率的影響研究提供理論依據。
　?、诶肍luent流體力學軟件計算不同程度雨凇和霧凇覆冰對葉片常用翼型的氣動性能及風能利用率的影響，并考慮葉尖速比的改變，分析覆冰形態(tài)和程度對葉片風能利用率的影響規(guī)律。結果表明：在雨凇覆冰初期葉片

4、風能利用率迅速降低，隨著雨凇覆冰的增長，葉片風能利用率下降速度變緩；在霧凇覆冰增長過程中葉片風能利用率會有一定程度的降低，但降低幅度明顯小于雨凇覆冰。兩者結果對比表明雨凇覆冰對風機葉片風能利用率的影響最為嚴重。
　　③在人工氣候室對小型風力發(fā)電機進行覆冰試驗，對不同環(huán)境參數(shù)下葉片覆冰分布規(guī)律以及輸出功率隨覆冰增長的變化規(guī)律進行研究。結果表明：風力機葉片覆冰主要位于葉片前緣和迎風面，且前緣覆冰呈角狀突起，從而導致風機輸出功率顯著下降