風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)葉片的沖蝕磨損特性研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期暴露在惡劣的風(fēng)沙環(huán)境下，使得風(fēng)力機(jī)葉片發(fā)生沖蝕磨損，嚴(yán)重威脅到風(fēng)力機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及能量輸出。因此，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的沖蝕磨損行為進(jìn)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(duì)風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)輪的沖蝕磨損行為進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。通過分析多種不同工況下風(fēng)輪葉片的沖蝕磨損特性，研究了顆粒直徑、沙塵濃度及來(lái)流風(fēng)速對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片沖蝕磨損的影響規(guī)律。其次，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行風(fēng)力機(jī)葉片前緣的磨損

2、形貌，對(duì) DU96-W-180翼型前緣進(jìn)行改型，并采用 CFD方法計(jì)算翼型的空氣動(dòng)力特性，通過分析升、阻力曲線及流場(chǎng)特性，來(lái)研究前緣磨損對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響機(jī)理。
　　(1)對(duì)風(fēng)輪葉片沖蝕磨損特性研究的主要結(jié)果如下：
　　a)風(fēng)沙環(huán)境下旋轉(zhuǎn)風(fēng)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(yán)重的區(qū)域?yàn)榍熬?，靠近葉尖處尤其嚴(yán)重；次嚴(yán)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(duì)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(gè)顆粒造成的磨損越嚴(yán)重，同時(shí)，反彈后對(duì)氣流的跟隨性越差；
　　c)顆粒濃度的增加對(duì)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(zhǎng)規(guī)律；
　　d)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速一定，隨著來(lái)流風(fēng)速增大，顆粒對(duì)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(dǎo)致前緣磨損減弱，壓力面其它區(qū)域磨損變嚴(yán)重；磨損率的大

4、小跟來(lái)流風(fēng)速和沖擊角度都有關(guān)系。
　　(2)前緣磨損對(duì)翼型空氣動(dòng)力特性的影響研究,結(jié)果表明：
　　a)砂眼和小坑對(duì)翼型的升、阻力系數(shù)影響較小，而前緣脫層對(duì)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(lái)越嚴(yán)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(dòng)分離，且使分離點(diǎn)前移；砂眼和小坑對(duì)氣流在翼型前緣的流動(dòng)影響較?。幻搶訉?duì)翼型前緣附近流動(dòng)影響較大，因脫層導(dǎo)致