小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究

田旭; 韩清鹏; 朱瑞; 袁斌霞; 杨同光; 汪博

doi:doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1713

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究

更新时间：2026-03-06

- 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究
- 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究
- 太阳能学报 2026年47卷第2期页码：453-461
- 作者机构：
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1713
  中图分类号： TK83
- 网络首发：2026-03-05，
  
  纸质出版：2026-03-05
- 稿件说明：
移动端阅览
田旭, 韩清鹏, 朱瑞, 等. 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究[J]. 太阳能学报, 2026,47(2):453-461.

田旭, 韩清鹏, 朱瑞, et al. 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究[J]. 2026, 47(2): 453-461.
田旭, 韩清鹏, 朱瑞, 等. 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究[J]. 太阳能学报, 2026,47(2):453-461. DOI： doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1713.

田旭, 韩清鹏, 朱瑞, et al. 小型直线翼垂直轴风电叶片防除冰仿真研究[J]. 2026, 47(2): 453-461. DOI： doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1713.

摘要

风电叶片结冰后会导致风能利用系数降低以及加快组件疲劳

基于此采用数值模拟方法对NACA4415翼型进行了气动特性的研究

分析不同来流风速下

翼型结冰后升阻力系数的变化规律以及周围的流场分布情况。随着结冰时间的增加

升力系数逐渐减小随后趋于稳定

阻力系数增加但中间有波动。采用压电振动法对翼型开展了除冰的仿真研究

通过谐响应分析压电元件厚度以及间距对除冰效果的影响

确定最优压电元件厚度和间距分别为0.5 mm和3.0 mm。通过热分析计算温度、弹性应力及弹性应变的变化规律

随着结冰时间的不断延长

结冰体的平均温度呈指数升高

致使覆冰的弹性应力和弹性应变近似线性增加。

Abstract

The icing of wind turbine blades can result in decreased wind energy utilization coefficients and accelerated component fatigue. Based on this

this paper conducts a study on the aerodynamic characteristics of the NACA4415 airfoil using numerical simulation methods. Variation of lift and drag coefficient and the distribution of surrounding flow field after the wing profile icing under different incoming wind speeds are analyzed. As icing time increases

the lift coefficient gradually decreases and then stabilizes

while the drag coefficient increases with intermittent fluctuations. Furthermore

a simulation study on de-icing of the airfoil is conducted using the piezoelectric vibration method. Through harmonic response analysis

the influence of piezoelectric element thickness and spacing on de-icing effectiveness is evaluated

resulting in the optimal piezoelectric element thickness and spacing being determined as 0.5 mm and 3.0 mm

respectively. Thermal analysis is also performed to calculate the changes in temperature

elastic stress

and elastic strain. As icing time extends

the average temperature of the ice mass increases exponentially

leading to an approximately linear increase in the elastic stress and elastic strain of the ice coverage.

关键词

Keywords

references

胡良权, 陈进格, 沈昕,等. 风力机叶片结冰水滴收集系数计算[J]. 太阳能学报, 2020, 41(3): 22-28.

易贤, 王开春, 马洪林, 等. 水平轴风力机结冰及其影响计算分析[J]. 太阳能学报, 2014, 35(6) : 1052-1058.

杜静宇, 胡良权, 任鑫, 等. NREL 5 MW风力机叶片外部翼型结冰模拟[J]. 太阳能学报, 2023, 44(12): 298-305.

李岩, 沈贺, 郭文峰, 等. 结冰粘结特性评估与测试方法研究进展[J]. 太阳能学报, 2023, 44(7): 291-302.

孙坚, 杨宇兵. 基于Tri-SE-CNN的风电机组叶片结冰检测研究[J]. 太阳能学报, 2024, 45(12): 360-369.

蒋维, 李亚冬, 李海波, 等. 水平轴风力机桨叶覆冰数值模拟[J]. 太阳能学报, 2014, 35(1): 83-88.

HAN Y Q, PALACIOS J, SCHMITZ S.Scaled ice accretion experiments on a rotating wind turbine blade[J]. Journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 2012, 109: 55-67.

李岩, 迟媛, 冯放, 等. 垂直轴风力机叶片表面结冰的风洞试验[J]. 工程热物理学报, 2012, 33(11) : 1872-1875.

LI Y, TAGAWA K, FENG F, et al.A wind tunnel experimental study of icing on wind turbine blade airfoil[J]. Energy conversion and management, 2014, 85: 591-595.

郭文峰, 张影微, 董笑宇, 等. 基于超声微振动的风力机叶片除冰研究[J]. 工程热物理学报, 2023, 44(7) : 1808-1814.

SCOTT J N, HANKEY W L, GIESSLER F J, et al.Navier-Stokes solution to the flow field over ice accretion shapes[J]. Journal of aircraft, 1988, 25(8): 710-716.

SHU L C, LIANG J, HU Q, et al.Study on small wind turbine icing and its performance[J]. Cold regions science and technology, 2017, 134: 11-19.

李岩, 刘钦东, 王绍龙, 等. 小型垂直轴风力机叶片结冰风洞试验与数值计算[J]. 空气动力学学报, 2016, 34(5): 568-572, 586.

任晓凯. 小型风力发电机叶片覆冰的气动力学特性研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2016.

刘哲. 结冰对风力机叶片气动性能的影响研究[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2022.

王文龙, 何斌, 傅洁, 等. 风力机叶片翼型结冰的气动性能数值模拟[J]. 可再生能源, 2013, 31(4) : 60-64, 70.

罗立达. 基于超声波的风电机组叶片除冰方法研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2023.

宦群庆. 基于超声波的输电线路覆冰厚度监测预警和防除冰技术研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2018.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于多尺度失效分析的含孔隙风电叶片主梁力学性能影响研究

基于涡声理论的方法对兆瓦级风电机组叶片气动噪声的声源分析

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

格尼襟翼垂直轴风力机风场研究

燃料电池汽车氢气泄漏扩散分区域数值研究