發(fā)布時(shí)間：2017-09-23 18:21

  本文關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片運(yùn)用疏水性涂層防覆冰研究

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【摘要】：風(fēng)力資源分布廣泛,且環(huán)保可再生,開發(fā)風(fēng)電是全球清潔能源發(fā)展的主要方向,我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在近十年中也得到了飛速發(fā)展。但近年來全球氣候惡化,覆冰問題成為電網(wǎng)設(shè)備的主要威脅之一,由于我國在風(fēng)電發(fā)展過程中對覆冰問題認(rèn)識(shí)欠缺,絕大部分風(fēng)電場未采取相應(yīng)的防覆冰手段,因此遭受了巨大損失,研究風(fēng)機(jī)的防覆冰方法已迫在眉睫。在物體表面涂覆疏水性涂層可促進(jìn)水滴流失,降低水滴凍結(jié)概率,進(jìn)而延緩覆冰,但將其運(yùn)用于風(fēng)機(jī)葉片的防覆冰效果尚缺乏充分研究,且現(xiàn)有研究對疏水性涂層的防覆冰效果也存在爭議。為深入探究疏水性涂層運(yùn)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的防覆冰效果,本文進(jìn)行了以下研究工作:首先對涂覆疏水性涂層的風(fēng)機(jī)葉片表面上的水滴運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析,明確了水滴在疏水表面滾落的影響因素,然后在-7°C條件下對涂覆4種不同有機(jī)硅丙烯酸酯樹脂疏水性涂層的NACA7715風(fēng)機(jī)葉片表面水滴的匯聚和滾落情況進(jìn)行了測試,設(shè)置無涂層葉片作為對照組。其次利用COMSOL Multiphysics基于相變對流傳熱和固體導(dǎo)熱模型仿真分析了不同空氣流速下各葉片表面上水滴的凍結(jié)過程。研究結(jié)果表明涂層表面的接觸角越大,水滴越容易滾落,所需要的凍結(jié)時(shí)間越長。然后在重慶大學(xué)大型多功能人工氣候?qū)嶒?yàn)室建立了小型風(fēng)道試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了人工雨凇覆冰試驗(yàn)。試驗(yàn)中設(shè)置了5種風(fēng)速和3種攻角條件,測取了不同葉片的覆冰重量,觀測了相應(yīng)的覆冰分布。此外對各葉片進(jìn)行了相應(yīng)的脫冰試驗(yàn),測取了不同葉片的粘接力強(qiáng)度以及最終的融冰時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果表明接觸角越大,接觸角滯后越小,葉片的覆冰重量越輕,粘接強(qiáng)度越小,融冰時(shí)間越短。最后在雪峰山自然覆冰站對三種不同疏水性葉片進(jìn)行了自然環(huán)境覆冰試驗(yàn),在自然覆冰環(huán)境下設(shè)置不同迎風(fēng)角的試驗(yàn)對照組,觀測了各葉片的覆冰分布,測取了相應(yīng)的覆冰重量,并在融冰天氣下考察了各葉片的融冰情況。結(jié)果表明葉片表面的接觸角越大,覆冰程度越輕,融冰速度越快。本文通過試驗(yàn)及仿真分析表明,接觸角130°及以上的疏水性涂層能夠促進(jìn)風(fēng)機(jī)葉片表面的水滴滾落,同時(shí)延緩水滴的凍結(jié)時(shí)間,進(jìn)而降低覆冰程度;除冰時(shí)疏水性涂層能夠降低葉片的粘接力強(qiáng)度和加速融冰。葉片表面的疏水性越強(qiáng),防覆冰及促進(jìn)融冰的效果越好。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)機(jī)葉片 防覆冰 疏水性涂層 凍結(jié)速率 模擬風(fēng)道試驗(yàn) 自然覆冰
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 風(fēng)機(jī)覆冰研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 風(fēng)機(jī)覆冰及其影響因素9-11
• 1.2.2 風(fēng)機(jī)覆冰監(jiān)測及除冰技術(shù)11
• 1.3 利用疏水性涂層防覆冰的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 疏水性涂層防覆冰原理12
• 1.3.2 風(fēng)機(jī)葉片表面運(yùn)用疏水性涂層的防覆冰研究12-13
• 1.3.3 疏水性表面性質(zhì)對覆冰的影響13-14
• 1.3.4 疏水性涂層表面融冰及其影響因素14-15
• 1.4 風(fēng)機(jī)覆冰研究現(xiàn)狀總結(jié)及本文研究內(nèi)容15-18
• 2 涂覆疏水性涂層的風(fēng)機(jī)葉片表面水滴動(dòng)態(tài)特性和凍結(jié)過程仿真18-34
• 2.1 涂覆疏水性涂層的葉片表面水滴的動(dòng)態(tài)特性18-25
• 2.1.1 疏水性表面性質(zhì)18-20
• 2.1.2 疏水性對水滴運(yùn)動(dòng)滾落的影響20-22
• 2.1.3 低溫條件下水滴匯聚和滾落測試22-25
• 2.2 涂覆疏水性涂層的葉片表面水滴凍結(jié)過程仿真25-33
• 2.2.1 水滴凍結(jié)過程中的傳熱物理模型25-26
• 2.2.2 仿真模型及參數(shù)設(shè)置26-31
• 2.2.3 仿真結(jié)果及分析31-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 3 涂覆疏水性涂層葉片的人工氣候室覆冰試驗(yàn)研究34-62
• 3.1 人工氣候室試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法34-37
• 3.1.1 試驗(yàn)設(shè)備34-37
• 3.1.2 試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)及試驗(yàn)步驟37
• 3.2 不同風(fēng)速下各葉片的覆冰情況37-48
• 3.3 不同攻角下各葉片的覆冰情況48-55
• 3.4 涂層表面與覆冰之間的粘接力強(qiáng)度及融冰時(shí)間55-60
• 3.5 本章小結(jié)60-62
• 4 雪峰山自然環(huán)境下涂覆疏水性涂層葉片覆冰試驗(yàn)研究62-72
• 4.1 雪峰山自然環(huán)境覆冰布置及方法62-63
• 4.2 自然覆冰試驗(yàn)結(jié)果63-67
• 4.3 自然環(huán)境下葉片覆冰、融冰試驗(yàn)結(jié)果分析67-71
• 4.3.1 疏水性涂層對葉片覆冰程度的影響分析67-69
• 4.3.2 疏水性涂層對葉片融冰速度的影響分析69-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 5 結(jié)論及后續(xù)工作展望72-74
• 5.1 本文所得結(jié)論72
• 5.2 本文工作展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 附錄82-83
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文目錄82-83
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目83

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