2024中國(guó)可再生能源大會(huì)：水滴流量和溫度對(duì)DU97翼型結(jié)冰分布影響

水滴流量和溫度對(duì)DU97翼型結(jié)冰分布影響報(bào)告人：廉洋洋作者：廉洋洋,張婷，許智*寒地農(nóng)業(yè)可再生資源利用技術(shù)與裝備黑龍江省重3在“雙碳”背景下，風(fēng)能因其發(fā)展?jié)摿Υ蟆⑽廴旧俸涂稍偕膬?yōu)點(diǎn)，迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。2023年全國(guó)風(fēng)力發(fā)電累同比增長(zhǎng)20.7%，而2024年1-2月，裝機(jī)容量增至45035萬千瓦，同比增長(zhǎng)21.3%。海上風(fēng)電裝機(jī)容量也預(yù)計(jì)在2024年達(dá)到3795萬千瓦，新增裝機(jī)容量增至755萬千瓦。在寒冷及潮濕地區(qū)風(fēng)力機(jī)易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。 4縮短使用壽命u在結(jié)冰分布實(shí)驗(yàn)研究中，研究人員們針對(duì)翼型葉片開展了大量的探索，如溫度、風(fēng)速、LWC和MVD等因素均受到了研究人員的關(guān)注。u在結(jié)冰風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)研究中，開展非對(duì)稱翼型葉片結(jié)冰研究的相對(duì)較少。與對(duì)稱翼型葉片相比，研究人員們對(duì)非對(duì)稱翼型研究主要集中在S809、NACA4412等。1.4研究目的利用結(jié)冰風(fēng)洞對(duì)DU97翼型在不同溫度和不同水滴流量開展結(jié)冰特性實(shí)驗(yàn)研究。92.1結(jié)冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)回流式結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、回流管道和250mm×250mm的試驗(yàn)段組成。本研究選用翼型為DU97，材料為GFPR的葉片段作為試驗(yàn)樣件進(jìn)行試驗(yàn)研究。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將DU97翼型葉片用酒精清洗干凈后，用鼓風(fēng)機(jī)吹干，然后把翼型葉片固定在試驗(yàn)段的支架上。實(shí)驗(yàn)首先啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，將翼型表面溫度預(yù)先降至實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境溫度。然后再開啟噴霧系統(tǒng)將水加壓至0.3MPa然后以5m/s的風(fēng)速開始噴霧。噴出的水滴與制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的冷風(fēng)混合，形成過冷水滴，這些水滴隨后撞擊在試驗(yàn)段的葉片翼型上，開始結(jié)冰。當(dāng)結(jié)冰時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值(3min)后，關(guān)閉噴霧系統(tǒng)。翼型的結(jié)冰過程由高速攝像機(jī)(DSC-HX200,Sony)記錄。環(huán)境溫度和來流風(fēng)速通過風(fēng)洞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。大氣壓和水滴流量通過連接到噴霧系統(tǒng)的控制面板進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用圖像處理軟件(CAXA)繪制冰層形狀，確定冰層厚度、結(jié)冰面積、冰的質(zhì)量并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。評(píng)價(jià)方法冰層厚度結(jié)冰面積結(jié)冰質(zhì)量H2H1!!X1X2!!2.5試驗(yàn)方案開展了試驗(yàn)研究。表1試驗(yàn)方案53!!實(shí)驗(yàn)冰型圖處理后冰型圖當(dāng)環(huán)境溫度為-5℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件為50ml/min的水滴流量DU97翼型葉片底部有冰溜生成，隨著水滴流量的增加，最大冰厚顯著增大，翼型上下表面結(jié)冰厚度分布呈現(xiàn)不對(duì)稱性。-5℃時(shí)水滴流量10ml/min結(jié)冰范圍在葉片前緣相對(duì)弦長(zhǎng)-24%~21%；水滴流量50ml/min時(shí)結(jié)冰范圍在葉片前緣相對(duì)弦長(zhǎng)-25%~27%。在-15℃條件下，翼型底部冰溜消失，隨著水滴流量的增大葉片前緣冰層厚度顯著增大。-15℃時(shí)水滴流量為10ml/min結(jié)冰范圍在葉片前緣相對(duì)弦長(zhǎng)-25%~24.6%；-15℃時(shí)結(jié)冰范圍在葉片前緣相對(duì)弦長(zhǎng)-27%~29%。-15℃時(shí)結(jié)冰類型為霜冰，隨著環(huán)境溫度從-5℃降低至- 15℃時(shí)，結(jié)冰類型從明冰向霜冰轉(zhuǎn)變。結(jié)冰最大厚度從2.62mm增加到3.67mm。在水滴流量為50ml/min條件下，隨著環(huán)境溫度從-5℃降低至-15℃時(shí)，結(jié)冰結(jié)冰區(qū)域整體呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)且結(jié)冰厚度顯著增大。結(jié)冰最大厚度從3.2mm增加到5.34mm。溫度為-5℃、水滴流量在10ml/min~50ml/min范圍內(nèi)增大時(shí)，翼型結(jié)冰面積從68.85mm2增加到112.33mm2，當(dāng)水滴流量保持10ml/min不變，溫度降低為-15℃時(shí)翼型結(jié)冰面積為106.15mm2，當(dāng)溫度從-5℃降低至-15℃,水滴流量從10ml/min增大至50ml/min時(shí)，翼型結(jié)冰面積從68.85mm2增加到175.17mm2。當(dāng)溫度為-5℃、水滴流量從10ml/min增加到50ml/min時(shí)，此時(shí)翼型表面結(jié)成的冰的質(zhì)量從1.377g增加到2.247g。當(dāng)溫度為-15℃、水滴流量從10ml/min增加到50ml/min時(shí)，翼型表面結(jié)冰的質(zhì)量從2.123g增加到3.503g。u在環(huán)境溫度為-5℃時(shí)，條件為50ml/min的水滴流量DU97翼型葉片底部有冰溜生成，隨著環(huán)境溫度降低，翼型表面結(jié)冰類型由明冰變?yōu)樗?，且冰溜消失。u隨著水滴流量的增大和環(huán)境溫度的降低，DU97翼型表面結(jié)冰分布呈現(xiàn)不對(duì)稱性。這是因?yàn)镈U97翼型為非對(duì)稱翼型，對(duì)滴撞擊翼型表面時(shí)，水滴在翼型表面分布不均勻?qū)е碌摹翼型的結(jié)冰面積和結(jié)冰質(zhì)量與水滴流量和環(huán)境溫度有直接關(guān)系。水滴流量的增加會(huì)增大水