風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)翼型的磨損及其St數(shù)臨界范圍研究.pdf

1、風(fēng)能作為一種重要的可再生能源，越來越受到人們的重視。風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行條件決定了其在地址的選擇上往往位于海邊或者山區(qū)等一些暴露的地形，我國西北地區(qū)作為中國陸上風(fēng)電的重要組成部分，該地區(qū)風(fēng)沙天氣頻繁，風(fēng)力機(jī)葉片將不可避免地遭受到風(fēng)沙的侵蝕，嚴(yán)重威脅著風(fēng)力機(jī)的使用壽命和風(fēng)輪效率。
　　為了深入了解風(fēng)沙對于風(fēng)力機(jī)葉片的磨損機(jī)理，本文從外場風(fēng)力機(jī)翼型入手，基于歐拉-拉格朗日多相流模型，開展關(guān)于風(fēng)沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)翼型的磨損研究，研究沙粒直徑、沙塵濃

2、度對翼型磨損規(guī)律的影響，提出了關(guān)于風(fēng)力機(jī)翼型磨損的St數(shù)臨界范圍；通過對攻角、翼型相對厚度、翼型系列以及來流風(fēng)速對St數(shù)臨界范圍的影響研究，驗(yàn)證了St數(shù)臨界范圍的存在，為風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)提供了理論支撐。得出如下結(jié)論：
　　1.沙粒直徑和沙塵濃度是影響風(fēng)力機(jī)翼型磨損的重要因素。當(dāng)沙塵濃度一定時(shí)，沙粒直徑較小，翼型沒有磨損，當(dāng)沙粒直徑較大時(shí)，風(fēng)力機(jī)翼型發(fā)生磨損，隨著沙粒直徑的不斷增大，翼型的最大磨損率的總體趨勢為先增大后減小

3、；沙塵濃度為5000μg/m3時(shí)，最先對翼型造成磨損的沙粒直徑位于3μm和4μm之間，提出了關(guān)于翼型磨損的St數(shù)臨界范圍為[0.007,0.015]；沙塵濃度發(fā)生變化，隨著沙粒直徑的增大，翼型的最大磨損率的趨勢不變，沙塵濃度越大，翼型的最大磨損率越大。
　　2.斯托克斯數(shù)對于風(fēng)力機(jī)葉片的磨損研究具有舉足輕重的意義。關(guān)于翼型的St數(shù)臨界范圍，在不同攻角和翼型相對厚度下，翼型磨損的St數(shù)臨界范圍均未發(fā)生改變，與攻角和相對厚度無關(guān)，證明

4、翼型磨損的St數(shù)臨界范圍是正確的；DU系列翼型關(guān)于翼型磨損的St數(shù)臨界范圍依舊為[0.007,0.015]，翼型磨損的St數(shù)臨界范圍可以推廣至任意風(fēng)力機(jī)翼型。
　　3.攻角對于風(fēng)力機(jī)翼型的磨損主要在于磨損區(qū)域的變化。當(dāng)來流攻角為0°時(shí)，翼型發(fā)生磨損時(shí)，隨著沙粒直徑的增大，翼型的磨損區(qū)域從翼型前緣的部分區(qū)域逐步向翼型壓力面和吸力面兩個(gè)方向發(fā)展，主要集中于翼型的前緣；當(dāng)來流攻角為5°，隨著沙粒直徑的增大，翼型的磨損區(qū)域從翼型前緣的部分

5、區(qū)域逐步向翼型壓力面和吸力面兩個(gè)方向發(fā)展，壓力面的磨損區(qū)域增長較吸力面更快；當(dāng)來流攻角為9.47°和15°時(shí)，翼型的磨損都是從翼型前緣的部分區(qū)域最終發(fā)展為整個(gè)翼型前緣和壓力面上；攻角的不斷變化，翼型磨損最嚴(yán)重的區(qū)域始終位于翼型前緣滯止點(diǎn)的兩側(cè)，翼型最大磨損率的總體變化趨勢均為先增大后減小。
　　4.來流風(fēng)速的變化對于風(fēng)力機(jī)翼型的磨損影響很大。來流風(fēng)速的增大能夠讓風(fēng)力機(jī)的最大磨損率發(fā)生量級的變化，當(dāng)沙粒直徑可以對翼型造成磨損時(shí)，風(fēng)速