风力发电机叶片电加热防/融冰过程和冰层脱落条件分析

摘要

风力发电机叶片覆冰危害十分严重，其影响风能转换的效率并减少发电量，使风力发电机过荷载而发生风机倒塌、叶片折断等事故，且覆冰不平衡导致的叶片旋转失衡会降低风力发电机的使用寿命。目前风电场多采用涂料被动防冰的办法，该方法只能延缓覆冰不能完全防冰。同时由于风电在我国发展仅十余年时间，且以往风电场主要分布在北方低湿度地区，叶片覆冰的问题没有得到重视，关于叶片防/除冰的研究很少，因此为了风力发电机在覆冰条件下能安全高效的运行，对叶片采用主动的防冰融冰措施具有重要意义。
　　本文利用电阻丝加热的方式，来达到对叶片进行主动防、融冰的目的。通过对冰层加热过程中的热平衡过程，建立临界防/融冰热流密度模型，分析冰层融化过程和热源不均匀对冰层融化的影响，得出提高融冰效率的方法，同时结合对加热过程中冰层脱落条件的分析，得到冰层脱落时间的计算方法。主要成果如下：
　　①分析覆冰风机叶片电加热防/融冰的热力学过程，通过建立风机叶片临界防/融冰热流密度的数学物理模型，得出环境因素对冰层融化的影响，并利用试验验证了模型的正确性。
　　②通过对加热融冰过程中叶片-冰层接触面变化情况的理论和试验分析，得出融化水的形成和热源不均匀两个非环境因素对冰层融化的影响，并提出提高融冰效率的方法。
　　③本文对加热过程中冰层脱落过程进行分析，利用仿真得出叶片-冰层接触面温升时间；通过试验对加热融冰过程中冰层脱落所需的外力进行测量，得出融冰消耗能量与脱落力的关系；最后结合全文得出冰层脱落时间的计算方法，并通过试验进行验证，两者结果基本一致。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文研究的主要内容

2 试品、试验装置和试验原理

2.1 试品

2.2 试验装置

2.3 试验原理和方法

2.4 本章小结

3 风机叶片电加热防/融冰过程分析

3.1风机叶片临界防/融冰热流密度分析

3.2 融化水对冰层融化的影响

3.3加热源对冰层融化的影响

3.4 本章小结

4 风机叶片冰层脱落过程分析

4.1接触面温升时间的仿真分析

4.2 加热过程中冰层脱落条件分析

4.3冰层脱落时间预测

4.4 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目