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1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片覆冰的仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：楊爽指導(dǎo)教師：胡琴副教授專(zhuān)業(yè)：電氣工程學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院二O一五年五月NumericalStudyofIcingonwindturbineAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofElectricalEngineeringByShuangYangSupervisedbyProf.QinHuSpecialty:E
2、lectricalEngineeringSchoolofElectricalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要摘要風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵部件之一，其性能的好壞直接影響到整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。葉片表面覆冰會(huì)改變?nèi)~片形狀，導(dǎo)致葉片荷載不平衡以及影響電力輸出等危害。研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的覆冰特性，對(duì)發(fā)展合理的防冰除冰方法十分重要。目前對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片覆冰的研究多為仿真研究，且大量的仿真分析為二維仿真，與實(shí)際情況情況相差較大，因?yàn)槎S模擬忽
3、略了一個(gè)風(fēng)機(jī)繞流場(chǎng)的里的一個(gè)關(guān)鍵因素，即由旋轉(zhuǎn)的葉片所產(chǎn)生的徑向氣流，這種具備三個(gè)方向的復(fù)雜流場(chǎng)只能通過(guò)三維模擬得到。因此，區(qū)別于大量二維仿真的風(fēng)力機(jī)葉片覆冰研究，本文主要針對(duì)NE-100S風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片和NACA0012翼型的覆冰過(guò)程進(jìn)行了三維及二維仿真模擬，利用Fluent軟件分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的外流場(chǎng)兩相流情況，利用Matlab軟件模擬了不同參數(shù)條件下的葉片覆冰情況，分析了覆冰增長(zhǎng)過(guò)程及覆冰特性。參數(shù)條件包括葉片攻角、尺寸、環(huán)境溫度、相對(duì)風(fēng)速及過(guò)冷卻水滴中值直徑，對(duì)水滴軌跡和覆冰熱平衡過(guò)程造成的影響分別作了討論，且在多功能人工氣候室進(jìn)行
4、了試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究成果有：①運(yùn)用多重參考系模型(MRF)及離散相模型(DPM)計(jì)算風(fēng)力機(jī)外部?jī)上嗔鲌?chǎng)，求得三維水滴局部碰撞系數(shù)，基于控制體思想及熱力學(xué)平衡方程求解水滴凍結(jié)系數(shù)，利用覆冰模型計(jì)算覆冰冰型。且利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片覆冰試驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的仿真計(jì)算結(jié)果。②葉尖覆冰嚴(yán)重，葉根覆冰較輕。因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)，葉尖處掃過(guò)的面積最大，水滴碰撞量最多。迎風(fēng)面覆冰嚴(yán)重，背風(fēng)面幾乎沒(méi)有覆冰。覆冰出現(xiàn)在迎風(fēng)面及葉片前緣，背風(fēng)面少量覆冰出現(xiàn)在背風(fēng)面靠近葉片前緣的地方，迎風(fēng)方向是覆冰最易增長(zhǎng)方向。③攻角越小，覆冰越集中于葉片前緣，攻角越大，葉片迎風(fēng)面的覆冰量越平均。水滴
5、碰撞率由于葉片尺寸的增加而略有減少。④當(dāng)相對(duì)風(fēng)速為0~50m/s，覆冰區(qū)域和覆冰量均隨相對(duì)風(fēng)速的增大而增大，當(dāng)MVD在20~800μm時(shí)，隨MVD的增大，上表面覆冰區(qū)域先增大后減小，下表面覆冰區(qū)域增大，覆冰量先增大后保持不變；溫度對(duì)覆冰區(qū)域影響不明顯，但會(huì)影響水滴凍結(jié)的熱平衡過(guò)程，從而使覆冰量隨著溫度的降低而增大。本文的研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的覆冰特性具有重要的參考價(jià)值，對(duì)發(fā)展合理的防冰除冰方法提供了重要依據(jù)。關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)葉片，兩相流，水滴運(yùn)動(dòng)軌跡，覆冰增長(zhǎng)，數(shù)值計(jì)算I重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文英文摘要ABSTRACTThebladeofwind
6、turbineisoneofthekeycomponentstoensurethenormaloperationofthewindturbinesystem.Theperformanceofbladehassignificanteffectonthestabilityofthemachinedirectly.Thereductionofpoweroutputandtheshortenedlifespanofwindturbinebladescanbecausedbythechangesofairfoilgeometrywithicedepositon
7、blade.Therefore,itisnecessarytostudyonicegrowthofwindturbinewhichcanoffertechnicalreferencesforanti-icingandde-icingofwindturbine.Simulationisthemajorapproachforthestudyofwindturbineblades’icing.Andmostresearchfocusonthe2-Dsimulation.However,therotatingflowfieldconsistsofaxialf
8、low,tangentialflowandradialflow.Radialflowistheonewhic
