风沙风洞流动特性试验及风力机叶片材料的冲蚀磨损研究

发布时间：2021-08-02 23:25

　　由于西北地区独特的风沙天气,风力机叶片受到沙尘颗粒的冲击,在叶片表面上产生冲蚀磨损,严重影响风力机叶片的气动性能,降低风力机年发电量,因此,建立风力机叶片材料的磨损模型对预测风力机叶片磨损尤其重要。首先设计了可控质量流率的风沙风洞试验台,并对试验段内的颗粒质量分布规律进行研究。本试验台在现有直流式低湍流度风洞的基础上,加装了风洞混合段、风洞收缩段与风洞试验段。风沙风洞试验台使用自主设计的螺杆输沙装置供沙,使用鼓风机将螺杆输沙装置输出的沙粒通过排管输送至风洞混合段内,与风洞来流相互混合,沙粒最终通过风洞收缩段进入风洞试验段。本文选用颗粒直径在0.4mm⁰.5mm的沙粒,在试验段风速10m/s的条件下,测量颗粒在试验段内的颗粒质量分布,得出结论如下:（1）颗粒在风洞试验段内前0.6m流动较为紊乱,0.6m至0.9m之间颗粒流动均匀;（2）试验段截面2的颗粒质量分布与排管出口高度有关,试验段截面2的颗粒质量流率与排管的输沙速率有关;（3）通过三种回归函数对各排管在试验段截面2的颗粒质量分布曲线进行拟合,得到试验段截面2处的颗粒质量分布规律。（4）对风洞混合段内9根排管分... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压强梯度引起的附加压强分布

风沙风洞流动特性试验及风力机叶片材料的冲蚀磨损研究181.输沙螺杆2.沙箱3.沙箱入口4.步进电机5.下沙口6.风洞混合段7.排管8.风洞收缩段9.风洞试验段10.直立式集沙仪11.压力阀门12.鼓风机图3.1风沙两相流试验台简图开始试验时，开启风洞，调整各排管对应的颗粒输送装置，将颗粒以不同输沙速率输送至下沙口，通过风机产生的高速气流将颗粒通过排管输送至风洞内，使用直立式集沙仪测量风洞试验段内的颗粒质量分布。3.2混合装置的结构设计与排管的空间分布3.2.1混合装置的结构混合装置主要由两部分组成：风洞混合段与颗粒输送装置。通过对颗粒混合方法与颗粒输送手段进行调研与分析，发现喷管冲蚀磨损试验台和风沙风洞都较难准确控制颗粒质量浓度的均匀分布，因此，设计风沙风洞试验台的风洞混合段与颗粒输送装置尤为重要。通过对现有喷管冲蚀磨损试验台、风沙风洞的试验方法进行研究，发现喷管冲蚀磨损试验台的试验方法主要采用使用高压气流带动颗粒，通过混合室等装置对颗粒进行混合，最终通过排管喷射对试样表面喷射颗粒；风沙风洞的试验方法主要分为在试验段前部铺设沙床，在试验段前部放置漏斗重力下沙，通过单一喷管对试验段内喷射沙粒。对以上多试验方法进行研究发现，各喷管冲蚀磨损试验台、风沙风洞都较难准确控制试验段内颗粒的均匀分布。通过一系列的研究与试验，发现多排管同步输沙的方式可以较为准确的控制试验段内颗粒的均匀分布。风洞混合段由截面尺寸为600mm×600mm，长850mm的混合段外壁与9根排管组成，9根排管通过一定的顺序和空间位置安装在在混合段外壁，每根排管都与

工程硕士学位论文19独立的鼓风机和输沙装置相连，通过鼓风机生成的高速气流将输沙装置输送的颗粒通过排管喷入混合段，并与风洞的来流相互混合，在风洞来流与排管射流的共同作用下将颗粒输送至风洞试验段。如图3.2，以风洞混合段入口中心点竖直向上150mm的位置为坐标原点O，风洞气流流动方向为Z轴正方向，以竖直向下方向为X轴正方向。图3.2风洞混合装置排管样式示意图颗粒输送装置需要将颗粒以均匀稳定的速率输送至风洞混合装置的排管中。通过对试验条件进行分析发现，相比于实际生活中使用的输沙装置，本试验用输沙装置的输沙速率极小，且对颗粒输送装置的输沙速率做到精确控制，保证颗粒在均匀输送过程中的物理性质如形状、直径不会发生变化。对多种颗粒输送方法进行可行性分析，自行设计了符合试验要求的螺杆输送器。颗粒输送装置由9个螺杆输送器组成，颗粒输送装置如图3.3所示。图3.3颗粒输送装置示意图


本文编号：3318471