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覆冰对风电机组叶片气动性能的影响研究

汇报人：

2024-01-17

引言

风电机组叶片气动性能概述

覆冰对风电机组叶片气动性能影响分析

实验设计与实施

实验结果分析与讨论

结论与展望

contents

目

录

引言

01

CATALOGUE

能源危机与可再生能源发展

随着全球能源危机的日益严重，可再生能源的开发利用已成为各国关注的焦点。风能作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风电机组叶片气动性能的重要性

风电机组叶片的气动性能是影响风力发电效率的关键因素之一。优化叶片气动性能，提高风能利用率，对于降低风电成本、提高风电竞争力具有重要意义。

覆冰对风电机组叶片气动性能的影响

在寒冷地区，风电机组叶片覆冰现象普遍存在，严重影响叶片的气动性能，导致风力发电效率降低。因此，研究覆冰对风电机组叶片气动性能的影响及应对措施，对于提高风电在寒冷地区的运行效率和稳定性具有重要意义。

目前，国内外学者针对覆冰对风电机组叶片气动性能的影响开展了大量研究，主要集中在覆冰形成机理、覆冰对叶片气动性能的影响规律、覆冰预测及防除技术等方面。然而，现有研究多侧重于理论分析和数值模拟，缺乏实际运行数据的验证和支持。

国内外研究现状

未来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，覆冰对风电机组叶片气动性能的研究将更加深入。同时，基于实际运行数据的分析和挖掘将成为研究的重要方向，为优化风电机组设计、提高寒冷地区风电运行效率提供有力支持。

发展趋势

本研究旨在通过实验和数值模拟相结合的方法，深入研究覆冰对风电机组叶片气动性能的影响。具体内容包括：（1）分析覆冰形成机理及影响因素；（2）建立覆冰风电机组叶片气动性能的数学模型；（3）通过实验验证数学模型的准确性和可靠性；（4）探讨覆冰对风电机组运行效率的影响规律；（5）提出针对覆冰问题的优化设计和运行策略。

研究内容

本研究将采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法进行研究。首先，通过文献综述和理论分析，深入了解覆冰形成机理及影响因素；其次，建立覆冰风电机组叶片气动性能的数学模型，并通过实验验证模型的准确性和可靠性；最后，基于实验数据和数值模拟结果，探讨覆冰对风电机组运行效率的影响规律，提出相应的优化设计和运行策略。

研究方法

风电机组叶片气动性能概述

02

CATALOGUE

升力和阻力

叶片在风场中受到的主要气动力，升力垂直于风速方向，阻力平行于风速方向。

攻角和侧滑角

攻角是叶片弦线与相对风速的夹角，侧滑角是叶片的侧向偏移与相对风速的夹角。

气动效率和功率系数

气动效率是叶片将风能转化为机械能的效率，功率系数是风电机组输出功率与理论最大功率的比值。

不同形状和尺寸的叶片具有不同的气动特性，影响升力、阻力和功率系数。

叶片形状和尺寸

风速和风向的变化会影响叶片的攻角和侧滑角，从而影响气动性能。

风速和风向

大气中的湍流和风切变会导致叶片受到不稳定的气动力，降低气动效率。

湍流和风切变

功率系数

评价风电机组在不同风速下的输出功率，反映叶片气动效率的重要指标。

叶尖速比

叶尖速度与风速的比值，反映叶片旋转速度与风速的匹配程度，影响气动效率。

推力系数和扭矩系数

反映叶片受到的气动力和扭矩大小，与风电机组的稳定性和安全性密切相关。

覆冰对风电机组叶片气动性能影响分析

03

CATALOGUE

覆冰形成过程

在低温、潮湿环境下，过冷水滴在风电机组叶片表面冻结形成覆冰。

影响因素

包括环境温度、湿度、风速、风向、叶片材料、表面粗糙度等。

1

2

3

覆冰会改变叶片的原始形状，导致叶片气动性能下降。

改变叶片形状

覆冰会增加叶片的重量，使得风电机组的载荷增加，进而影响风电机组的稳定性和发电量。

增加叶片重量

覆冰会改变叶片表面的流场分布，使得叶片表面的压力和速度分布发生变化，从而影响叶片的气动性能。

影响叶片表面流场

通过模拟不同覆冰条件下的风电机组运行实验，测量叶片的气动性能参数，如升力、阻力、扭矩等，以评估覆冰对叶片气动性能的影响程度。

实验研究

利用计算流体力学（CFD）等方法，建立覆冰条件下的风电机组叶片气动性能模型，通过数值模拟分析覆冰对叶片气动性能的影响。

数值模拟

制定覆冰对叶片气动性能影响程度的评估指标，如升阻比、功率系数等，以量化评估覆冰对风电机组叶片气动性能的影响程度。

影响程度评估指标

实验设计与实施

04

CATALOGUE

研究目的

探究覆冰对风电机组叶片气动性能的影响，为风电场在寒冷地区的运行和维护提供理论支持。

实验方案

通过模拟不同覆冰厚度和形状的风电机组叶片，测量其气动性能参数，并与无覆冰状态下的叶片进行对比分析。

VS

风洞实验台、覆冰模拟装置、气动性能测量系统（包括风速计、压力传感器等）。

实验方法

在风洞实验台上安装覆冰模拟装置，模拟不同