基于Makkonen结冰增长模型的风力机覆冰预报

基于Makkonen结冰增长模型,优化相对风速计算方法,引入融冰影响因子,并进行气象因子敏感性测试,建立广西风力机覆冰预报模型。利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式预报资料和风力机参数驱动该模型,对2019年冬季桂北风电场进行逐日预报。预报结果表明:该模型对气温、降水、风速敏感,在适宜的风速下,温度越低,降水越大,覆冰厚度增长越快;48 h时效内对覆冰过程报出率为100%,覆冰起、止时间预报误差分别为3~5 h、6~12 h;72 h时效内覆冰起始时间预报效果稳定、准确率高,对冬季风电调度和防灾减灾有较好的指导意义。实际应用中,风力机停机时间应适当延迟,覆冰结束时间的预报则需进一步优化融冰条件。

层状结构中的超声传播理论及其在风力机桨叶除冰中的应用

探索超声波对覆冰桨叶的作用机理,利用势函数推导出复合板层中各层界面应力的计算通式。根据相似原理,在有限元分析软件ANSYS中建立桨叶除冰的物理模型与有限元模型,通过数值计算确定超声波除冰的最佳频率。利用自行开发的6套超声波除冰设备在人工环境实验室中进行桨叶除冰实验,对比数值计算结果与实验结果,验证数值计算数据的有效性,并分析设计的超声波风力机桨叶防除冰原型系统的可靠性。

旋转风力机的水滴撞击特性与雾凇模拟

寒冷地区的风力机叶片覆冰造成机组停机、安全事故等问题,一直困扰着风电行业的发展。针对三维风力机运行中遇到的过冷却水滴撞击问题,采用拉格朗日法数值模拟了不同环境条件和运行工况下的水滴撞击特性,并在人工气候室内对小型水平轴风力机进行了覆冰试验。数值计算结果表明:水滴碰撞区域主要集中在叶片前缘,沿叶展方向碰撞系数以及碰撞极限均增大;碰撞系数和碰撞区域随着水滴中值直径的增大而增大;风机转速下降或风速上升都会造成水滴的撞击区域整体向压力面移动。数值计算模拟的雾凇冰形与人工覆冰试验结果有较好的一致性。

小型风力机覆冰环境输出功率及气动特性研究

结冰造成风力机叶片载荷增加、气动性能下降,进而导致功率损失。试验模拟了低温环境下的小型水平轴风力机覆冰,研究了液态水含量对风力机覆冰增长的影响并记录了覆冰过程中转速及输出功率的变化.建立了覆冰模型模拟试验中的冰形增长过程,以及风力机轴转矩、轴功率的变化.研究表明:覆冰导致小型风力机转速和输出功率迅速降低,覆冰初期功率以22 V/min损失。随着转速下降,叶片覆冰由前缘向压力面转移。覆冰随着液态水含量的增加而增加,造成更加严重的转速和输出功率下降.受转速下降的影响,轴转矩先短暂上升约47%后下降到58%,轴功率下降因覆冰前期转矩上升而有一定的迟滞性。