2024中国可再生能源大会：水滴流量和温度对DU97翼型结冰分布影响

水滴流量和温度对DU97翼型结冰分布影响报告人：廉洋洋作者：廉洋洋,张婷，许智*寒地农业可再生资源利用技术与装备黑龙江省重3在“双碳”背景下，风能因其发展潜力大、污染少和可再生的优点，迎来了新的发展机遇。2023年全国风力发电累同比增长20.7%，而2024年1-2月，装机容量增至45035万千瓦，同比增长21.3%。海上风电装机容量也预计在2024年达到3795万千瓦，新增装机容量增至755万千瓦。在寒冷及潮湿地区风力机易发生结冰现象。 4缩短使用寿命u在结冰分布实验研究中，研究人员们针对翼型叶片开展了大量的探索，如温度、风速、LWC和MVD等因素均受到了研究人员的关注。u在结冰风洞的实验研究中，开展非对称翼型叶片结冰研究的相对较少。与对称翼型叶片相比，研究人员们对非对称翼型研究主要集中在S809、NACA4412等。1.4研究目的利用结冰风洞对DU97翼型在不同温度和不同水滴流量开展结冰特性实验研究。92.1结冰风洞实验系统回流式结冰风洞试验系统由制冷系统、喷雾系统、回流管道和250mm×250mm的试验段组成。本研究选用翼型为DU97，材料为GFPR的叶片段作为试验样件进行试验研究。在进行实验之前，将DU97翼型叶片用酒精清洗干净后，用鼓风机吹干，然后把翼型叶片固定在试验段的支架上。实验首先启动制冷系统，将翼型表面温度预先降至实验所需的环境温度。然后再开启喷雾系统将水加压至0.3MPa然后以5m/s的风速开始喷雾。喷出的水滴与制冷系统产生的冷风混合，形成过冷水滴，这些水滴随后撞击在试验段的叶片翼型上，开始结冰。当结冰时间达到预设值(3min)后，关闭喷雾系统。翼型的结冰过程由高速摄像机(DSC-HX200,Sony)记录。环境温度和来流风速通过风洞试验机进行调节。大气压和水滴流量通过连接到喷雾系统的控制面板进行调节。利用图像处理软件(CAXA)绘制冰层形状，确定冰层厚度、结冰面积、冰的质量并对结果进行分析。评价方法冰层厚度结冰面积结冰质量H2H1!!X1X2!!2.5试验方案开展了试验研究。表1试验方案53!!实验冰型图处理后冰型图当环境温度为-5℃时，实验条件为50ml/min的水滴流量DU97翼型叶片底部有冰溜生成，随着水滴流量的增加，最大冰厚显著增大，翼型上下表面结冰厚度分布呈现不对称性。-5℃时水滴流量10ml/min结冰范围在叶片前缘相对弦长-24%~21%；水滴流量50ml/min时结冰范围在叶片前缘相对弦长-25%~27%。在-15℃条件下，翼型底部冰溜消失，随着水滴流量的增大叶片前缘冰层厚度显著增大。-15℃时水滴流量为10ml/min结冰范围在叶片前缘相对弦长-25%~24.6%；-15℃时结冰范围在叶片前缘相对弦长-27%~29%。-15℃时结冰类型为霜冰，随着环境温度从-5℃降低至- 15℃时，结冰类型从明冰向霜冰转变。结冰最大厚度从2.62mm增加到3.67mm。在水滴流量为50ml/min条件下，随着环境温度从-5℃降低至-15℃时，结冰结冰区域整体呈现扩张趋势且结冰厚度显著增大。结冰最大厚度从3.2mm增加到5.34mm。温度为-5℃、水滴流量在10ml/min~50ml/min范围内增大时，翼型结冰面积从68.85mm2增加到112.33mm2，当水滴流量保持10ml/min不变，温度降低为-15℃时翼型结冰面积为106.15mm2，当温度从-5℃降低至-15℃,水滴流量从10ml/min增大至50ml/min时，翼型结冰面积从68.85mm2增加到175.17mm2。当温度为-5℃、水滴流量从10ml/min增加到50ml/min时，此时翼型表面结成的冰的质量从1.377g增加到2.247g。当温度为-15℃、水滴流量从10ml/min增加到50ml/min时，翼型表面结冰的质量从2.123g增加到3.503g。u在环境温度为-5℃时，条件为50ml/min的水滴流量DU97翼型叶片底部有冰溜生成，随着环境温度降低，翼型表面结冰类型由明冰变为霜冰，且冰溜消失。u随着水滴流量的增大和环境温度的降低，DU97翼型表面结冰分布呈现不对称性。这是因为DU97翼型为非对称翼型，对滴撞击翼型表面时，水滴在翼型表面分布不均匀导致的。u翼型的结冰面积和结冰质量与水滴流量和环境温度有直接关系。水滴流量的增加会增大水