基于多传热模型数值仿真的风电机组叶片气热防除冰性能强化

风电机组叶片结冰给风电场的运行安全和发电效益带来双重困扰,迫切需求对结冰较严重的风电机组进行除冰。气热除冰是一种叶片主动抗冰技术,热风热量通过导热—对流综合作用由叶片内表面向外表面传递,融化其上覆冰层。单纯从传热流程来看,气热除冰过程中的热对流和热传导流程并不十分复杂,可以通过系统实验和数值模拟2种方法研究其流动传热特性。然而,实验所需条件较为苛刻,实验成本也较高。针对此问题,基于k-ε湍流模型、速度—压力耦合算法及壁面函数等技术建立风机叶片内、外两侧流动与传热耦合模型,分析导热—对流综合作用下的气热防除冰效果,避免传统数值模型只考虑单侧流动与传热的分离式缺陷,能准确获取特定工况下叶片内腔速度场、温度场、压力场以及叶片外壁温度分布,为合理的除冰系统设计及运行控制提供技术指导。研究结果表明:在不同的送风风速下,叶片表面温度分布呈现两端高、中间低的趋势,且随着风速提升,温度不均衡现象得到了明显改善。当送风风速小于15 m/s时,叶片大部分区域表面温度低于0℃,送风风速增大到20 m/s时表面温度低于0℃区域面积显著减少。