风力发电机叶片电加热循环控制除冰方法研究
发布时间：2022-02-24 16:07
低温造成的叶片覆冰严重制约风电产业的发展:覆冰导致叶片气动力性能下降,发电功率损耗严重,甚至可能造成叶片损毁或其他安全事故。电加热是有效的叶片除冰方式,但国内对于叶片加热方式,尤其是加热控制策略研究较少。本文提出了新型除冰方法——电加热循环除冰方法,并对其控制策略进行深入分析,通过理论分析、数值建模、实验验证,提出适用于多种典型覆冰环境的控制策略,并分析了环境因素对除冰效果的影响。研究对提升叶片除冰性能,减少风电场冰害影响具有较为重要的学术意义和工程实用价值。本文基于电加热循环除冰方法,结合叶素理论、湍流理论和传质传热平衡理论,建立基于流体力学和数值传热学的叶片电加热循环除冰模型。然后以NACA4412翼型为例,在覆雨凇、雾凇条件下进行试验验证。最后推广到300 kW风力发电机,针对实际覆冰环境进行分析研究,提出可行的电加热循环除冰策略,并分析各因素对除冰效果的影响。论文的主要工作及取得的成果如下:（1）利用COMSOL有限元数值仿真软件,以NACA4412翼型为例,建立基于典型雨凇和雾凇环境下的“流体场—热力场”电加热循环除冰模型,对其除冰性能进行仿真研究发现:覆冰叶片周围的风速峰值...
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机械除冰
1.2.2 涂层除冰
1.2.3 热力除冰
1.3 本文主要研究内容
2 风力发电机叶片电加热循环除冰模型
2.1 循环除冰方法
2.2 叶片电加热循环除冰模型建立
2.2.1 几何建模
2.2.2 网格划分
2.2.3 流体场模型计算
2.2.4 融冰热传导过程
2.2.5 融冰控制方程
2.2.6 除冰时间计算
2.2.7 加热层热源设置
2.2.8 其他参数设置
2.3 数值仿真结果与分析
2.3.1 流体场仿真结果与分析
2.3.2 热力场仿真结果与分析
2.4 本章小结
3 风力发电机覆冰试验与结果分析
3.1 风力发电机人工覆冰试验方法、试品及试验装置
3.1.1 试验方法
3.1.2 试品
3.1.3 试验装置
3.2 电加热循环除冰模型验证
3.2.1 电加热循环除冰温度曲线
3.2.2 电加热循环冰层除冰过程
3.2.3 不同功率密度对除冰时间的影响
3.2.4 不同单次加热时间对除冰时间的影响
3.2.5 循环加热与连续加热除冰模式对比
3.3 本章小结
4 300KW风力发电机叶片电加热循环除冰策略研究
4.1 300KW风力发电机叶片电加热循环除冰模型
4.2 仿真结果与分析
4.2.1 流体场仿真结果与分析
4.2.2 热力场仿真结果与分析
4.3 300KW风力发电机电加热循环除冰策略研究
4.3.1 循环控制加热功率密度和除冰时间的确定
4.3.2 循环控制单次加热时间的确定
4.3.3 叶片加热分区的确定
4.3.4 循环加热与连续加热除冰模式对比分析
4.4 除冰效果影响因素分析
4.4.1 隔热层厚度对除冰效果的影响
4.4.2 覆冰厚度对除冰效果的影响
4.4.3 外界风速对除冰效果的影响
4.4.4 环境温度对除冰效果的影响
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录
A.作者攻读硕士学位期间发表的论文目录
B.作者攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]国家能源局印发《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》[J]. 本刊编辑部. 农村电气化. 2017(09)
[2]机翼电脉冲除冰效果的仿真分析[J]. 高珂,张永杰,朱永峰,何舟东. 空气动力学学报. 2016(06)
[3]风力机叶片雨淞覆冰的三维数值模拟及试验研究[J]. 梁健,舒立春,胡琴,蒋兴良,何高辉,刘延庆. 中国电机工程学报. 2017(15)
[4]基于高分子电热膜的风电叶片电热除冰功率密度计算模型[J]. 倪爱清,王延明,王继辉,牟书香,高国强. 玻璃钢/复合材料. 2015(09)
[5]防除冰桨叶加热及温度控制系统设计[J]. 锁俊睿,刘壮,高长水. 机械制造与自动化. 2015(04)
[6]雪峰山试验站自然条件下导线覆冰厚度形状校正系数[J]. 向泽,蒋兴良,胡建林,常恒,尹芳辉,黎振宇. 高电压技术. 2014(11)
[7]直升机旋翼防/除冰电加热控制律仿真[J]. 傅见平,庄伟亮,杨波,常士楠. 北京航空航天大学学报. 2014(09)
[8]风机叶片故障预测的振动方法研究[J]. 张保钦,雷保珍,赵林惠,李世刚,郑业明. 电子测量与仪器学报. 2014(03)
[9]南山风电场XE82机型气象站抗冰冻的研究[J]. 邓磊,冯高煜,曾益民. 湖南电力. 2013(S2)
[10]抗冰冻低风速大型风电叶片技术[J]. 侯彬彬. 大功率变流技术. 2013(03)
博士论文
[1]输电线路短路电流融冰过程与模型研究[D]. 范松海.重庆大学 2010
[2]飞机电热除冰过程的传热特性及其影响研究[D]. 肖春华.中国空气动力研究与发展中心 2010
硕士论文
[1]碳纳米纸复合材料机翼结构的电加热性能研究[D]. 魏汉青.哈尔滨工业大学 2016
[2]风电除冰叶片温度场预测方法研究及应用[D]. 宁天宇.湘潭大学 2015
[3]风力发电机叶片电加热防/融冰过程和冰层脱落条件分析[D]. 杨秀余.重庆大学 2015
[4]电加热防冰部件加热功率的分布特性研究[D]. 朱光亚.南京航空航天大学 2014
[5]基于超声波法的风力机叶片翼型防除冰研究[D]. 王绍龙.东北农业大学 2014
[6]热塑性聚氨酯弹性体结构及其老化性能的研究[D]. 李慧慧.复旦大学 2013
[7]风力机桨叶超声波防除冰理论与技术研究[D]. 谭海辉.长沙理工大学 2011
本文编号：3643066
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机械除冰
1.2.2 涂层除冰
1.2.3 热力除冰
1.3 本文主要研究内容
2 风力发电机叶片电加热循环除冰模型
2.1 循环除冰方法
2.2 叶片电加热循环除冰模型建立
2.2.1 几何建模
2.2.2 网格划分
2.2.3 流体场模型计算
2.2.4 融冰热传导过程
2.2.5 融冰控制方程
2.2.6 除冰时间计算
2.2.7 加热层热源设置
2.2.8 其他参数设置
2.3 数值仿真结果与分析
2.3.1 流体场仿真结果与分析
2.3.2 热力场仿真结果与分析
2.4 本章小结
3 风力发电机覆冰试验与结果分析
3.1 风力发电机人工覆冰试验方法、试品及试验装置
3.1.1 试验方法
3.1.2 试品
3.1.3 试验装置
3.2 电加热循环除冰模型验证
3.2.1 电加热循环除冰温度曲线
3.2.2 电加热循环冰层除冰过程
3.2.3 不同功率密度对除冰时间的影响
3.2.4 不同单次加热时间对除冰时间的影响
3.2.5 循环加热与连续加热除冰模式对比
3.3 本章小结
4 300KW风力发电机叶片电加热循环除冰策略研究
4.1 300KW风力发电机叶片电加热循环除冰模型
4.2 仿真结果与分析
4.2.1 流体场仿真结果与分析
4.2.2 热力场仿真结果与分析
4.3 300KW风力发电机电加热循环除冰策略研究
4.3.1 循环控制加热功率密度和除冰时间的确定
4.3.2 循环控制单次加热时间的确定
4.3.3 叶片加热分区的确定
4.3.4 循环加热与连续加热除冰模式对比分析
4.4 除冰效果影响因素分析
4.4.1 隔热层厚度对除冰效果的影响
4.4.2 覆冰厚度对除冰效果的影响
4.4.3 外界风速对除冰效果的影响
4.4.4 环境温度对除冰效果的影响
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录
A.作者攻读硕士学位期间发表的论文目录
B.作者攻读硕士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]国家能源局印发《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》[J]. 本刊编辑部. 农村电气化. 2017(09)
[2]机翼电脉冲除冰效果的仿真分析[J]. 高珂,张永杰,朱永峰,何舟东. 空气动力学学报. 2016(06)
[3]风力机叶片雨淞覆冰的三维数值模拟及试验研究[J]. 梁健,舒立春,胡琴,蒋兴良,何高辉,刘延庆. 中国电机工程学报. 2017(15)
[4]基于高分子电热膜的风电叶片电热除冰功率密度计算模型[J]. 倪爱清,王延明,王继辉,牟书香,高国强. 玻璃钢/复合材料. 2015(09)
[5]防除冰桨叶加热及温度控制系统设计[J]. 锁俊睿,刘壮,高长水. 机械制造与自动化. 2015(04)
[6]雪峰山试验站自然条件下导线覆冰厚度形状校正系数[J]. 向泽,蒋兴良,胡建林,常恒,尹芳辉,黎振宇. 高电压技术. 2014(11)
[7]直升机旋翼防/除冰电加热控制律仿真[J]. 傅见平,庄伟亮,杨波,常士楠. 北京航空航天大学学报. 2014(09)
[8]风机叶片故障预测的振动方法研究[J]. 张保钦,雷保珍,赵林惠,李世刚,郑业明. 电子测量与仪器学报. 2014(03)
[9]南山风电场XE82机型气象站抗冰冻的研究[J]. 邓磊,冯高煜,曾益民. 湖南电力. 2013(S2)
[10]抗冰冻低风速大型风电叶片技术[J]. 侯彬彬. 大功率变流技术. 2013(03)
博士论文
[1]输电线路短路电流融冰过程与模型研究[D]. 范松海.重庆大学 2010
[2]飞机电热除冰过程的传热特性及其影响研究[D]. 肖春华.中国空气动力研究与发展中心 2010
硕士论文
[1]碳纳米纸复合材料机翼结构的电加热性能研究[D]. 魏汉青.哈尔滨工业大学 2016
[2]风电除冰叶片温度场预测方法研究及应用[D]. 宁天宇.湘潭大学 2015
[3]风力发电机叶片电加热防/融冰过程和冰层脱落条件分析[D]. 杨秀余.重庆大学 2015
[4]电加热防冰部件加热功率的分布特性研究[D]. 朱光亚.南京航空航天大学 2014
[5]基于超声波法的风力机叶片翼型防除冰研究[D]. 王绍龙.东北农业大学 2014
[6]热塑性聚氨酯弹性体结构及其老化性能的研究[D]. 李慧慧.复旦大学 2013
[7]风力机桨叶超声波防除冰理论与技术研究[D]. 谭海辉.长沙理工大学 2011
本文编号：3643066
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