結(jié)冰對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動特性影響研究.pdf

1、近年來,直線翼乖直軸風(fēng)力機(jī)越來越受到關(guān)注并快速發(fā)展起來,但安裝在寒冷地區(qū)時葉片表面在冬季會產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象,目前國內(nèi)外對風(fēng)力機(jī)結(jié)冰氣動特性影響方面的研究很少,而在垂直軸風(fēng)力機(jī)領(lǐng)域,結(jié)冰研究更是一片空白。作者所在的研究組在這方面有一定的研究基礎(chǔ),所以本項目以直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)和葉片表面結(jié)冰為研究對象,通過野外試驗、數(shù)值模擬計算和風(fēng)洞試驗相結(jié)合的手段,對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片表面結(jié)冰情況以及結(jié)冰對葉片和風(fēng)力機(jī)氣動特性的影響進(jìn)行了研究。本論文的主

2、要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　 野外試驗觀測到了葉片表面的結(jié)霜、霜冰和瘤冰,分析出了與風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度的關(guān)系,總結(jié)出在氣溫低,空氣濕度人,風(fēng)速較低條件產(chǎn)生結(jié)霜類型;當(dāng)溫度在-10°～0°,有較高的空氣濕度和較火的風(fēng)速產(chǎn)生霜冰類瓔;在霜冰出現(xiàn)的氣象條件下,如果伴隨有凍雨和濕雪則極易出現(xiàn)瘤冰類型的結(jié)論。
　　 對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰研究中,采用了數(shù)值模擬計算和風(fēng)洞試驗兩種方法,數(shù)值模擬計算模擬了不同條什下葉片

3、結(jié)冰過程,計算出葉片結(jié)冰前后的流場、結(jié)冰形狀及氣動參數(shù)結(jié)果,風(fēng)洞結(jié)冰試驗獲得了,在不同風(fēng)速、空氣水滴流量和攻角下的葉片表面結(jié)冰情況,拍攝了大量的葉片的結(jié)冰照片,從這些研究中了解劍:
　　 1)氣流中所含過冷水滴量和風(fēng)速是影響風(fēng)力機(jī)葉片表面結(jié)冰及其在葉片表面生長的關(guān)鍵因素,并與其成正比關(guān)系;在低風(fēng)速時,水滴流量的影響占主導(dǎo)作用;而當(dāng)風(fēng)速較高時,風(fēng)速對結(jié)冰的影響也起到關(guān)鍵性作用。前緣迎風(fēng)時,水滴流量對結(jié)冰厚度起關(guān)鍵作用,尾緣迎風(fēng)時,

4、水滴流量和風(fēng)速對翼型尾緣部分的結(jié)冰影響不大。水滴流量較小時,結(jié)冰面積呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系;但水滴流姑增人時,變化規(guī)律變得很復(fù)雜。較大的風(fēng)速能使過冷水滴能更多的附著在葉片上,增快葉片表面結(jié)冰過程,但結(jié)冰強(qiáng)度不夠時,較大的空氣壓力也會導(dǎo)致結(jié)冰量變小;
　　 2)攻角不同,葉片的受風(fēng)面積發(fā)生改變,從而使葉片表面的流場發(fā)生變化,導(dǎo)致過冷水滴與葉片碰撞的情況產(chǎn)生很人變化,其表面結(jié)冰的厚度、面積和結(jié)冰生長趨勢也就不同。尤其是在前緣和后緣處的

5、結(jié)冰規(guī)律有很大不同,當(dāng)翼型尾緣迎風(fēng)時,結(jié)冰主要發(fā)生在尾緣的很小范圍,當(dāng)前緣迎風(fēng)時,前緣的最大結(jié)冰厚度不隨著攻角的增加而增加,但各條件下前緣結(jié)冰的厚度整體上要比后緣厚;從總體米看,在一定攻角范圍內(nèi),翼型表面的結(jié)冰面積、冰量隨翼型迎風(fēng)面積增加而增加,在一定條件下,結(jié)冰面積可達(dá)到翼型面積的30％以上;
　　 3)葉片結(jié)冰后的阻力系數(shù)人幅增人,升力系數(shù)減小,升阻比降低,導(dǎo)致葉片氣動特性整體降低,試驗結(jié)果為最大的阻力系數(shù)變化量為1.151

6、3,最大的升力系數(shù)變化量為1.9806。數(shù)值模擬計算的結(jié)果岡為CFD手段并不完善,所以只能作為參考,但也可以得出相同的結(jié)論。
　　 對直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)的結(jié)冰研究中,風(fēng)洞結(jié)冰試驗獲得了在不同風(fēng)速、空氣水滴流量和攻角下的葉片表面結(jié)冰情況,并測量了風(fēng)力機(jī)的力矩、冰量、冰量比變化:
　　 在風(fēng)力機(jī)結(jié)冰過程中,冰量的多少,水滴流量是比風(fēng)速更重要的決定因素,但無法決定冰量比的大小:尖速比也對冰量有影響,在小尖速比的情況下,大流量下