風電機組葉片熱風除冰數值分析與性能優化研究

陳中亞 毛涵韜 劉欽東 羅勇水 任 靜 何俊尉

（浙江運達風電股份有限公司，浙江 杭州 310012）

風電作為一種可再生的新能源，在我國的電力結構中占有較高的地位。然而當在冬季運行時，葉片結冰給風電場的運行安全和發電效益帶來了雙重困擾。葉片結冰破壞了氣動外型，降低了機組風能捕獲能力，加大了葉片的載荷和震動。風電場業主迫切需要可以對結冰較嚴重的風電場進行葉片裝配除冰的系統。熱鼓風加熱除冰是一種葉片主動抗冰凍技術，通過將加熱的空氣輸送到葉片內腔中，熱空氣攜帶的熱量從葉片內表面向外表面傳遞，從而融化葉片外表面的冰層。熱鼓風加熱除冰具有運行安全可靠、維護簡單易行以及系統成本較低等優點。單純從傳熱流程來看，熱鼓風除冰過程中的熱對流和熱傳導流程并不復雜，可以通過試驗和數值模擬2 種方法研究其流動與傳熱特性，但是試驗條件較為苛刻，試驗成本也較高。針對該問題，筆者針對某型號葉片結構建立了簡化的有限元分析模型，分析了特定葉片外環境溫度和風速條件下的葉片除冰性能，并針對該葉片結構提出了一種葉片前緣腹板開孔的方法來優化葉片內腔流動阻力，從而優化選型鼓風機運行風量和加熱器運行功率。

1 槳葉熱風循環系統

典型的翼型截面結構如圖1 所示。前緣區域為主要的迎風區域，也是葉片結冰嚴重且結冰對葉片氣動性能影響較大的區域。……