三維旋轉效應對風力機葉片水滴收集率的影響分析

周文平，汪 異，楊茂立

（1.六盤水師范學院 物理與電氣工程學院，貴州 六盤水 553004；2.瀘州職業技術學院 智能制造與汽車工程學院，四川 瀘州 646000）

0 引言

在冬季低溫環境下，高海拔寒冷地區運行的風力機容易發生結冰，從而改變葉片的氣動結構，影響材料的載荷、性能等[1]。對葉片結冰進行分析時，相對于操作和維護成本昂貴的結冰風洞實驗，數值模擬方便且適用性強，得到了廣泛應用。在對葉片表面進行結冰模擬時，首先需要計算葉片表面水滴的收集情況，即水滴收集率[2]。因此，對水滴收集率的分析是準確模擬結冰的前提，也是旋轉條件下結冰機理分析的基礎。

在進行水滴收集率的計算時，拉格朗日法需要跟蹤大量的水滴，不適合復雜的三維旋轉物體流場[3]。歐拉法則將水滴視為連續相，并使用體積分數表示給定控制體積內的水量，不需要跟蹤大量的水滴，具有明顯的優勢[4]。在采用歐拉法對大型風力機進行結冰模擬時，由于計算域較大，不少學者采用準三維方法進行結冰模擬。Li Y[5]采用準三維方法對某1.5MW的風力機結冰分布進行計算，研究液態水含量對葉片尖端附近結冰的影響規律。Virk M S[6]基于準三維流場計算和液滴碰撞效率對NREL5MW風力機葉片5個不同位置的冰形進行了分析。相對于三維計算，準三維計算基于動量葉素理論（BEM），計算效率較高，但不能計入旋轉葉片邊界層內的三維旋轉效應。三維旋轉效應的存在，不僅會大大改變繞流流場，也會影響水滴收集及冰形預測的精度。……