水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟.pdf

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1、第31卷第5期能源技术V01．31No．52010年1O月ENERGYTECHNOLOGYOct．2010水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟邓晓湖，卢绪祥，李录平，李海波(长沙理工大学能源与动力工程学院，能源高效清洁利用湖南省普通高等学校重点实验室，湖南长沙410114)摘要：通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟采用四阶龙格一库塔法求解水滴运动轨迹，假定水滴在与叶片相碰撞的点处完全凝结，并且冰沿着翼型表面法向方向增长，通过模拟得到了某风力机厂家提供翼型在

2、不同时间段叶片表面结冰后形成的冰形，同时利用FLUENT软件模拟了风力机叶片翼型周围流场的变化，并与结冰前该翼型的气动性能进行了对比。研究结果表明与干净翼型相比，在模拟气象条件下的结冰翼型的最大升力系数大约减少了27，阻力系数增加了约389／6，失速攻角降低了4。。根据模拟可以认为，结冰后翼型提前进入失速区是造成桨叶气动性能恶化的主要原因。关键词：工程热物理；风力机叶片；气动特性；翼型结冰；数值模拟；FLUENT中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1005-7439(2010)05-0266—

3、06NumericalSimulationofAirfoilIceAccretionProcessonH0rizontal-axisWiIldTurbineBladeDENGXiao-hu，LUXu-xiang，LILu-ping。LIHai-bo(KeyLaboratoryofEficientandCleanEnergyUtilization。CollegeofHunanProvince。SchoolofEnergyandPowerEngineering，ChangshaUniversityofSc

4、ienceandTechnology，Changsha410114。China)Abstract：TheobjectiveofthispaperistOmodeltherime-iceaccretionprocessonahorizontal-axiswindturbineblade(HAWT)operatingundericingconditionswiththehelpofFluent，acommercialCFDcode．A4-orderRunge-KuttamethodisusedtOsolv

5、ethedroplettrajectoryequation．IceshapeisdeterminedwiththeassumptionthatalldropletsfreezeattheirpointsofimpactandthattheicegrowsinthedirectionnormaltOthesurface．TheflowfieldaroundtheairfoilwithsoftwareFluentwassimulated，tocomparethecorrespondentaerodynam

6、icperformancesvariationbeforeandaftericing．ResultsindicatethattheicaaccretionlcadstOthe1OSSofmaximumliftcoeficientbyabout27。thedecreaseofstallangelbyabout4。andthedragcoeficientincreasebynearly38undertheweatherconditionsofthesimulation．StalliSthemainreas

7、onforalltheseaerodynamicperformancesworsen．Keywords：engineeringthermophysics；windturbineblades；aerodynamicperformances；airfoilicing；numericalsimulation：FLUENT风力机组一般安装于高寒、沿海地带，风力发电未冻结的水就会在气流驱动下沿表面流动，并在流机的浆叶经常会出现覆冰现象，导致桨叶的性能以动过程中逐渐冻结，形成的冰称为瘤状冰I-¨。叶片及风力机功率

8、的输出达不到设计要求。风力机叶片的结冰影响风力机的气动性能和运行安全，给风力的结冰是由过冷水滴撞击叶片表面后冻结成冰覆盖机带来极大危害。例如，覆冰会改变叶片的外部形在叶片表面形成的。在结冰过程中若撞击到叶片表状和气动性能，增大叶片阻力、减少升力，影响全机面的水滴立即冻结，生成的冰型就比较规则，称为霜操纵性、稳定性；最终导致风能的转化效率降低，严状冰；若表面大部分区域的水滴不能立即完全冻结，重的可导致叶片的损毁，发生运行事故，风力机叶片结冰已经成为保证风力