风力发电机叶片运用疏水性涂层防覆冰研究

发布时间：2017-09-23 18:21

  本文关键词：风力发电机叶片运用疏水性涂层防覆冰研究

  更多相关文章： 风机叶片 防覆冰 疏水性涂层 冻结速率 模拟风道试验 自然覆冰

【摘要】：风力资源分布广泛,且环保可再生,开发风电是全球清洁能源发展的主要方向,我国的风电产业在近十年中也得到了飞速发展。但近年来全球气候恶化,覆冰问题成为电网设备的主要威胁之一,由于我国在风电发展过程中对覆冰问题认识欠缺,绝大部分风电场未采取相应的防覆冰手段,因此遭受了巨大损失,研究风机的防覆冰方法已迫在眉睫。在物体表面涂覆疏水性涂层可促进水滴流失,降低水滴冻结概率,进而延缓覆冰,但将其运用于风机叶片的防覆冰效果尚缺乏充分研究,且现有研究对疏水性涂层的防覆冰效果也存在争议。为深入探究疏水性涂层运用于风力发电机叶片的防覆冰效果,本文进行了以下研究工作:首先对涂覆疏水性涂层的风机叶片表面上的水滴运动特性进行了分析,明确了水滴在疏水表面滚落的影响因素,然后在-7°C条件下对涂覆4种不同有机硅丙烯酸酯树脂疏水性涂层的NACA7715风机叶片表面水滴的汇聚和滚落情况进行了测试,设置无涂层叶片作为对照组。其次利用COMSOL Multiphysics基于相变对流传热和固体导热模型仿真分析了不同空气流速下各叶片表面上水滴的冻结过程。研究结果表明涂层表面的接触角越大,水滴越容易滚落,所需要的冻结时间越长。然后在重庆大学大型多功能人工气候实验室建立了小型风道试验平台进行了人工雨凇覆冰试验。试验中设置了5种风速和3种攻角条件,测取了不同叶片的覆冰重量,观测了相应的覆冰分布。此外对各叶片进行了相应的脱冰试验,测取了不同叶片的粘接力强度以及最终的融冰时间。试验结果表明接触角越大,接触角滞后越小,叶片的覆冰重量越轻,粘接强度越小,融冰时间越短。最后在雪峰山自然覆冰站对三种不同疏水性叶片进行了自然环境覆冰试验,在自然覆冰环境下设置不同迎风角的试验对照组,观测了各叶片的覆冰分布,测取了相应的覆冰重量,并在融冰天气下考察了各叶片的融冰情况。结果表明叶片表面的接触角越大,覆冰程度越轻,融冰速度越快。本文通过试验及仿真分析表明,接触角130°及以上的疏水性涂层能够促进风机叶片表面的水滴滚落,同时延缓水滴的冻结时间,进而降低覆冰程度;除冰时疏水性涂层能够降低叶片的粘接力强度和加速融冰。叶片表面的疏水性越强,防覆冰及促进融冰的效果越好。
【关键词】：风机叶片 防覆冰 疏水性涂层 冻结速率 模拟风道试验 自然覆冰
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 风机覆冰研究现状9-11
• 1.2.1 风机覆冰及其影响因素9-11
• 1.2.2 风机覆冰监测及除冰技术11
• 1.3 利用疏水性涂层防覆冰的研究现状11-15
• 1.3.1 疏水性涂层防覆冰原理12
• 1.3.2 风机叶片表面运用疏水性涂层的防覆冰研究12-13
• 1.3.3 疏水性表面性质对覆冰的影响13-14
• 1.3.4 疏水性涂层表面融冰及其影响因素14-15
• 1.4 风机覆冰研究现状总结及本文研究内容15-18
• 2 涂覆疏水性涂层的风机叶片表面水滴动态特性和冻结过程仿真18-34
• 2.1 涂覆疏水性涂层的叶片表面水滴的动态特性18-25
• 2.1.1 疏水性表面性质18-20
• 2.1.2 疏水性对水滴运动滚落的影响20-22
• 2.1.3 低温条件下水滴汇聚和滚落测试22-25
• 2.2 涂覆疏水性涂层的叶片表面水滴冻结过程仿真25-33
• 2.2.1 水滴冻结过程中的传热物理模型25-26
• 2.2.2 仿真模型及参数设置26-31
• 2.2.3 仿真结果及分析31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 3 涂覆疏水性涂层叶片的人工气候室覆冰试验研究34-62
• 3.1 人工气候室试验设备及试验方法34-37
• 3.1.1 试验设备34-37
• 3.1.2 试验环境参数及试验步骤37
• 3.2 不同风速下各叶片的覆冰情况37-48
• 3.3 不同攻角下各叶片的覆冰情况48-55
• 3.4 涂层表面与覆冰之间的粘接力强度及融冰时间55-60
• 3.5 本章小结60-62
• 4 雪峰山自然环境下涂覆疏水性涂层叶片覆冰试验研究62-72
• 4.1 雪峰山自然环境覆冰布置及方法62-63
• 4.2 自然覆冰试验结果63-67
• 4.3 自然环境下叶片覆冰、融冰试验结果分析67-71
• 4.3.1 疏水性涂层对叶片覆冰程度的影响分析67-69
• 4.3.2 疏水性涂层对叶片融冰速度的影响分析69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 5 结论及后续工作展望72-74
• 5.1 本文所得结论72
• 5.2 本文工作展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82-83
• A. 作者在攻读硕士学位期间撰写的论文目录82-83
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目83

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