【摘要】：碳纖維材料因其輕質(zhì)量、高強度、優(yōu)秀的熱傳導(dǎo)能力、良好的導(dǎo)電能力等優(yōu)點,其在飛機制造、船舶工業(yè)、汽車制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。國內(nèi)外學者對碳纖維材料在導(dǎo)線及風力發(fā)電機葉片防除冰中的應(yīng)用方式進行了初步的研究,取得了一定的研究進展。但目前碳纖維材料在風力發(fā)電機葉片防除冰中的應(yīng)用方式研究還較少,技術(shù)尚不成熟。因此,設(shè)計一套完整的碳纖維風力發(fā)電機防除冰技術(shù)方案,對預(yù)防和消除風力發(fā)電機葉片覆冰、減少風電場覆冰災(zāi)害具有重要的學術(shù)意義和工程實用價值。論文首先建立了風力機葉片臨界防冰/除冰功率密度計算模型;設(shè)計了具有多層材料結(jié)構(gòu)的碳纖維加熱元件;分析了風力發(fā)電機葉片的覆冰特征,同時,結(jié)合臨界防冰功率密度在風力發(fā)電機葉片上的分布規(guī)律,提出了兩種碳纖維加熱元件的分區(qū)非均勻防冰/除冰布置方案,并對各方案的防除冰性能進行了測試。論文的主要工作及成果如下:(1)建立了風力發(fā)電機葉片的臨界防冰/除冰功率密度的計算模型,分析了不同參數(shù)條件下臨界防冰/除冰功率密度的變化規(guī)律,并進行了驗證試驗。結(jié)果表明,臨界防冰功率密度隨著水滴碰撞系數(shù)、翼型弦長、相對風速的增大而增大,隨著環(huán)境溫度的升高而減小;臨界除冰功率密度隨著覆冰厚度、翼型弦長、環(huán)境溫度的增大而減小,隨著相對風速的增大而升高。(2)設(shè)計了具有多層結(jié)構(gòu)形式的碳纖維加熱元件結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括隔熱層、加熱層、導(dǎo)熱層和保護層;推導(dǎo)了多層結(jié)構(gòu)的碳纖維加熱元件等效電阻的計算方法,且計算結(jié)果與試驗測試結(jié)果一致;絲束間距分別為2mm、3mm、4mm及5mm的碳纖維加熱元件的電阻-溫度穩(wěn)定性測試結(jié)果表明:加熱元件在升溫過程中,其電阻隨溫度的變化量很小,認為所制加熱元件具有良好的電阻-溫度穩(wěn)定性;碳纖維加熱元件除冰過程中,由于空氣間隙、融冰水及滲透區(qū)的存在,將導(dǎo)致臨界除冰功率密度的增大。(3)導(dǎo)熱層的厚度增加時,加熱元件除冰過程中冰層-葉片界面的最大溫差減小,而當導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱系數(shù)增加時,界面的最大溫差也隨之減小。當導(dǎo)熱層厚度為0.5mm,導(dǎo)熱系數(shù)為3.5W/m~2時,通過有限元法分析了加熱元件除冰過程中,絲束間距對冰層-葉片界面的影響規(guī)律,建議加熱元件除冰過程中的絲束間距應(yīng)該控制在1mm~8mm以內(nèi)。(4)根據(jù)風力機葉片的覆冰特征及臨界防冰功率密度在風力機葉片上的分布規(guī)律,提出了碳纖維加熱元件在葉片上的兩種分區(qū)布置方案:絲束展向排列分區(qū)布置方案及絲束弦向排列分區(qū)布置方案。對兩種分區(qū)布置方案的防除冰效果進行了試驗測試,結(jié)果表明:在相同的加熱功率密度條件下,絲束展向排列方案需要的電流比絲束弦向排列方案需要的電流大得多,其在防除冰系統(tǒng)中的接觸電阻上產(chǎn)生大量的焦耳熱。因此從減少能耗的角度考慮,推薦采用絲束弦向排列的分區(qū)布置方案。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM315
【圖文】：

風能由于其清潔、可再生的特點已逐漸成為備受矚目的新能源之一[1,2]。近年來風力發(fā)電技術(shù)日趨完善，世界各國均在大力建設(shè)風電場，風電行業(yè)迎來了其發(fā)展史上的春潮。我國能源消費在經(jīng)過十多年的快速增長之后，增速逐漸放緩[3]。在傳統(tǒng)化石能源中，天然氣與石油消耗增速放緩、煤炭消耗整體呈負增長狀態(tài)；而在非化石能源方面，水電建設(shè)速度放緩，核電、光伏、風電及其他能源消耗一直保持較高增速[4]。根據(jù)中投顧問產(chǎn)業(yè)與政策研究中心出版的《2016-2020 年中國風力發(fā)電行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告》，近年來，我國的風電裝機容量和風力發(fā)電量增長快速，風能已經(jīng)成為我國發(fā)電量排名第一的新能源，同時成為僅次于煤電、水電的第三大能源。目前，風電正在從替代能源向主力能源過渡，今后將成為中國能源結(jié)構(gòu)中的主力能源之一�！讹L電發(fā)展 “十三五”規(guī)劃》指出，“十三五”期間，為了保證到2020 年底，中國風電累計并網(wǎng)裝機容量可以達到 2.1 億 kW 以上，并使得風力年發(fā)電量超過 4200 億 kW h，海上風力發(fā)電并網(wǎng)裝機容量達到 500 萬 kW 以上[5,6]，中國風電行業(yè)建設(shè)總投資將達到 7000 億人民幣以上。

重慶大學碩士學位論文防冰利用涂料的理化作用來達到除冰的目的。防冰涂料的面：一是延緩物體表面冰霜的形成，這一點可以通過冰的速度來判斷[35]；二是降低冰層在物體表面的粘附防冰涂料種類繁多，主要包括電熱性涂料、光熱性涂(a) 涂覆有機硅涂料的風力機葉片

【參考文獻】

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本文編號：2717476