沙塵在風力機葉片表面沉積機理研究

《沙塵在風力機葉片表面沉積機理研究》是依託華中科技大學，由魯錄義擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：沙塵在風力機葉片表面沉積機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魯錄義
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

在風沙環境中長期運行的風力機，沙塵等微粒物質可能在風力機葉片表面沉積，使風力機的氣動性能下降，並引起風力葉片動平衡變差及葉片材料加速腐蝕、老化等一系列問題。然而，對於沙塵在葉片表面的沉積過程本身，目前還缺乏足夠的認識和了解。相關實驗研究表明，沙塵的沉積過程與靜電有關。本項目擬採用理論分析和數值仿真相結合的方法，對沉積過程中沙塵和葉片的帶電行為進行定量研究，通過對風力機氣固兩相流場進行風-沙-電多向耦合分析計算，研究沙塵顆粒在流場及葉片表面的運動軌跡和受力，分析沙塵沉積過程靜電力的作用，探討沙塵在風力機葉片表面沉積的力學機理，總結沙塵在葉片表面沉積的相關規律，指導風力機風片最佳化設計和防護，為風沙環境下風力機的長周期高效運行提供理論基礎和依據。

結題摘要

在風沙環境中長期運行的風力機，沙塵等微粒物質可能在風力機葉片表面沉積，使風力機的氣動性能下降，並引起風力葉片動平衡變差及葉片材料加速腐蝕、老化等一系列問題。然而，對於沙塵在葉片表面的沉積過程本身，目前還缺乏足夠的認識和了解。本項目通過引起沙塵沉積的曳力、靜電力、液橋力和范德華力等進行深入分析，建立顆粒碰撞過程中的廣義粘彈性法向接觸力模型、滾動摩擦模型和靜電轉移模型。通過建立DU35翼型模型，對風力機葉片近流場進行分析，得到了DU35翼型在不同來流和風速下的外流場。通過建立風-沙-電多向耦合平台，研究沙塵顆粒在葉片表面近流場的運動特徵及沉積過程。靜電力和液橋力是使沙塵顆粒發生沉積的主要因素，初始沉積主要發生在葉片前緣和後上緣，而累加沉積主要發生在葉片前緣。建議通過採用改進葉片材料，可有效防止風力機葉片表面沉積現象發生。