风沙流对风力机叶片的冲蚀磨损及气动特性影响研究
发布时间：2021-03-02 00:21
当今社会面临着严峻的能源和环境问题,寻找绿色环保的可再生能源已成必然趋势。风能作为一种可循环利用的清洁能源,已逐渐引起人类的关注,风力机发电必将蓬勃发展。风力机经常运行在风沙环境中,风力机叶片会受风沙流的冲击而产生磨损,影响风力机的气动特性,使风力机的发电量降低。本文以NREL Phase VI风力机叶片的缩比模型为研究对象,研究风沙流对风力机叶片磨损及气动特性的影响。分析不同叶尖速比、不同颗粒直径、不同颗粒形状对风力机叶片磨损及气动特性的影响;叶尖三维效应对叶尖磨损特性的影响。主要结论如下:（1）叶尖速比对风力机叶片磨损特性的影响。随着叶尖速比的减小,压力面磨损区域沿叶片展向从叶尖开始逐渐向叶根扩散,沿弦向从前缘开始逐渐向尾缘扩散,且磨损程度逐渐减小。叶尖速比同样对叶片的吸力面影响显著,随着叶尖速比的减小,吸力面的磨损区域更集中于前缘位置,其他位置几乎不发生磨损,且叶片前缘位置的磨损量也逐渐降低。（2）叶尖速比对风力机气动特性的影响。随着叶尖速比的减小,风力机的功率变化趋势为先上升后下降。当加入50μm的颗粒后,风力机的功率随叶尖速比的变化趋势与清洁空气相同,但颗粒的加入使风力机的功...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国风资
工程硕士学位论文3（a）风力机叶片前缘磨损图（b）风力机叶尖磨损图图1.4风力机叶片磨损图1.2国内外研究现状风力机长时间运行在野外环境中，其叶片会遭受风沙和雨滴的磨蚀，使得风力机叶片受损，从而对风力机发电量产生影响[6-8]。1.2.1国内研究现状国内对风力机叶片冲蚀磨损的实验研究相对较少，多以数值模拟为主。董麟[9,10]通过采用CFD的方法对NACA-0012翼型进行研究，发现在相同的沙尘质量浓度下，翼型的升力系数随粒径的增大呈先下降后上升最后趋于平稳的趋势，阻力系数与之相反，呈先上升再下降最后趋于平稳。金俊俊[11]对S809翼型进行数值计算，发现当雷诺数不同时，小于5μm粒径的沙粒有较强的跟随性，绕流现象明显，大于50μm的沙粒开始与翼型前缘发生碰撞。王燕[12]研究发现不同的磨损类型对S809翼型的气动特性影响不同。王亚娥[13]研究沙粒形状对NACA0012翼型的影响，发现不同沙粒形状的临界颗粒Stokes数范围不同。李新一[14,15]对750kW水平轴风力机叶片进行研究，发现叶片压力面受风压作用较强，易产生磨蚀现象。王晓亮[16]采用数值模拟的方法对沙粒冲蚀叶尖涂层的过程进行研究，分析沙粒以正向和斜向的方式对叶尖涂层进行冲击时所产生的应力情况。王成泽[17]研究风力机叶片的磨损随沙粒粒径和沙尘浓度的变化规律。魏鹏[18]以半径为10m的100kW风力机叶片模型为研究对象，发现0.2mm的颗粒对叶片前缘磨损的影响最为显著。康师源[19]通过对风力机叶片冲蚀磨损的研究发现：随着冲击角度逐渐变大，磨损部位逐渐覆盖整个压力面。赵振希[20]基于颗粒Stokes数对某风力机模型进行研究，研究发现：距离叶尖越近的截面颗粒Stokes越大，叶片从叶尖处开始磨损，并逐渐向叶根扩散。董晓峰[21]对叶片涂层材料进行实验，研究?
工程硕士学位论文150.2850.05712.08320.950.3150.05401.1520.950.3170.05391.11520.950.3460.05090.49420.950.3760.0479-0.01520.950.4000.0454-0.38120.950.4060.0448-0.47520.950.4370.0418-0.9220.950.4670.0387-1.35220.950.4750.0379-1.46920.950.4970.0356-1.77520.950.5000.0356-1.82520.95图3.1风轮模型图3.2计算域3.1.2网格划分为避免网格对运算结果的影响，网格采用结构化网格，为了更好的观察沙粒对风力机叶片的磨损程度，需要将叶片周围网格进行加密处理，并对网格进行无关性验证，选取计算域的网格数约为1850万，如图3.3、3.4所示。图3.3风力机风轮近壁面网格旋转域静止域入口出口
本文编号：3058239
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国风资
工程硕士学位论文3（a）风力机叶片前缘磨损图（b）风力机叶尖磨损图图1.4风力机叶片磨损图1.2国内外研究现状风力机长时间运行在野外环境中，其叶片会遭受风沙和雨滴的磨蚀，使得风力机叶片受损，从而对风力机发电量产生影响[6-8]。1.2.1国内研究现状国内对风力机叶片冲蚀磨损的实验研究相对较少，多以数值模拟为主。董麟[9,10]通过采用CFD的方法对NACA-0012翼型进行研究，发现在相同的沙尘质量浓度下，翼型的升力系数随粒径的增大呈先下降后上升最后趋于平稳的趋势，阻力系数与之相反，呈先上升再下降最后趋于平稳。金俊俊[11]对S809翼型进行数值计算，发现当雷诺数不同时，小于5μm粒径的沙粒有较强的跟随性，绕流现象明显，大于50μm的沙粒开始与翼型前缘发生碰撞。王燕[12]研究发现不同的磨损类型对S809翼型的气动特性影响不同。王亚娥[13]研究沙粒形状对NACA0012翼型的影响，发现不同沙粒形状的临界颗粒Stokes数范围不同。李新一[14,15]对750kW水平轴风力机叶片进行研究，发现叶片压力面受风压作用较强，易产生磨蚀现象。王晓亮[16]采用数值模拟的方法对沙粒冲蚀叶尖涂层的过程进行研究，分析沙粒以正向和斜向的方式对叶尖涂层进行冲击时所产生的应力情况。王成泽[17]研究风力机叶片的磨损随沙粒粒径和沙尘浓度的变化规律。魏鹏[18]以半径为10m的100kW风力机叶片模型为研究对象，发现0.2mm的颗粒对叶片前缘磨损的影响最为显著。康师源[19]通过对风力机叶片冲蚀磨损的研究发现：随着冲击角度逐渐变大，磨损部位逐渐覆盖整个压力面。赵振希[20]基于颗粒Stokes数对某风力机模型进行研究，研究发现：距离叶尖越近的截面颗粒Stokes越大，叶片从叶尖处开始磨损，并逐渐向叶根扩散。董晓峰[21]对叶片涂层材料进行实验，研究?
工程硕士学位论文150.2850.05712.08320.950.3150.05401.1520.950.3170.05391.11520.950.3460.05090.49420.950.3760.0479-0.01520.950.4000.0454-0.38120.950.4060.0448-0.47520.950.4370.0418-0.9220.950.4670.0387-1.35220.950.4750.0379-1.46920.950.4970.0356-1.77520.950.5000.0356-1.82520.95图3.1风轮模型图3.2计算域3.1.2网格划分为避免网格对运算结果的影响，网格采用结构化网格，为了更好的观察沙粒对风力机叶片的磨损程度，需要将叶片周围网格进行加密处理，并对网格进行无关性验证，选取计算域的网格数约为1850万，如图3.3、3.4所示。图3.3风力机风轮近壁面网格旋转域静止域入口出口
本文编号：3058239
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3058239.html
