風沙環(huán)境下風力機葉片的沖蝕磨損特性研究.pdf

1、風力發(fā)電機組長期暴露在惡劣的風沙環(huán)境下，使得風力機葉片發(fā)生沖蝕磨損，嚴重威脅到風力機的安全穩(wěn)定運行及能量輸出。因此，對風力機葉片的沖蝕磨損行為進行研究顯得尤為必要。
　　本文首先基于 N-S方程，結(jié)合 RNG k??湍流模型和 DPM模型對風沙環(huán)境下風輪的沖蝕磨損行為進行了數(shù)值計算。通過分析多種不同工況下風輪葉片的沖蝕磨損特性，研究了顆粒直徑、沙塵濃度及來流風速對風力機葉片沖蝕磨損的影響規(guī)律。其次，結(jié)合實際運行風力機葉片前緣的磨損

2、形貌，對 DU96-W-180翼型前緣進行改型，并采用 CFD方法計算翼型的空氣動力特性，通過分析升、阻力曲線及流場特性，來研究前緣磨損對翼型空氣動力特性的影響機理。
　　(1)對風輪葉片沖蝕磨損特性研究的主要結(jié)果如下：
　　a)風沙環(huán)境下旋轉(zhuǎn)風輪葉片表面的磨損主要集中在葉片前緣和壓力面，磨損最嚴重的區(qū)域為前緣，靠近葉尖處尤其嚴重；次嚴重區(qū)域發(fā)生在壓力面；葉片吸力面除前緣部分外基本不發(fā)生磨損；
　　b)顆粒直徑對葉片磨

3、損區(qū)域分布和磨損量影響較大。隨著顆粒直徑的增加，磨損率先增大后基本保持穩(wěn)定；粒徑越大的顆粒越容易撞擊到葉片，撞擊力度越大，單個顆粒造成的磨損越嚴重，同時，反彈后對氣流的跟隨性越差；
　　c)顆粒濃度的增加對磨損位置的影響較小，但葉片的磨損量隨著濃度的增加呈線性增長規(guī)律；
　　d)風輪轉(zhuǎn)速一定，隨著來流風速增大，顆粒對葉片表面的沖擊角在前緣減小，而在壓力面其它區(qū)域逐漸增大，導致前緣磨損減弱，壓力面其它區(qū)域磨損變嚴重；磨損率的大

4、小跟來流風速和沖擊角度都有關系。
　　(2)前緣磨損對翼型空氣動力特性的影響研究,結(jié)果表明：
　　a)砂眼和小坑對翼型的升、阻力系數(shù)影響較小，而前緣脫層對它們的影響顯著，尤其在大攻角下，升力系數(shù)顯著減小，阻力系數(shù)大幅增加；隨著磨損越來越嚴重，減小和增加的幅度逐漸增大。
　　b)前緣磨損加劇了翼型吸力面尾緣附近的流動分離，且使分離點前移；砂眼和小坑對氣流在翼型前緣的流動影響較??；脫層對翼型前緣附近流動影響較大，因脫層導致