風力機葉片翼型的結冰數值模擬研究

朱程香，王 瓏，孫志國，付 斌，朱春玲

(南京航空航天大學航空宇航學院，江蘇 南京 210016)

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風力機是將自然界的風能轉換成機械能并獲得電能的裝置。風力機通常工作在野外，工作環境包括了寒冷地區，海邊以及山區等，經常遇到環境溫度較低，含濕量較大，空氣中含有過冷液態水滴，冰雨或者雪［1］的天氣條件，此時風力機面臨著結冰的危險。

風力機結冰改變了風力機葉片的氣動外形，導致風力機葉片翼型的升力減小，阻力增大，失速攻角減小;風力機葉片不同部位結冰量不同，增加了部件的不平衡性和疲勞程度;風力機葉片表面冰層脫落會損壞其他部件［2］。因此研究風力機葉片翼型的結冰增長過程，預測不同條件下的結冰冰形，可為風力機防除冰系統提供數據支持，降低風力機在結冰條件下發生故障的可能性。

不同環境和氣象條件下的結冰冰形不同，主要包括霜冰和明冰兩種，霜冰的結冰溫度較低，一般小于－10℃，冰形輪廓曲線較光滑;明冰結冰溫度較高，一般在0℃ ～－10℃之間，外形曲線較不規則，經常出現角狀或棱狀。Homola［3］(2009 年)，Virk［4］(2010 年)等人研究表明，霜冰對大型風力機的影響較小。Ducan［5］(2008)等人研究表明較霜冰而言，風力機表面形成明冰時，會引起更嚴重的危害。迄今為止，國內外對于風力機霜冰的數值模擬研究較多，技術也比較成熟，但是對于風力機明冰的數值模擬以及明冰對風力機葉片性能影響的研究相對較少。

本文重點研究了風力機結冰數值模……