寒冷气候下的风电机组结冰影响与防治系统

第1章寒冷气候对风电机组设计和运行的影响111引言1

12寒冷地区的风电机组3

121阿尔卑斯山地区的风电机组4

122潜在可开发区域5

13寒冷气候下风电机组的运行6

131大雨6

132雷击7

133寒冷气候辅助设备8

14山地区域风电机组的运行10

141高海拔的影响10

142山地环境的特点10

143风能资源11

144空气密度随海拔的变化16

145风机在不同空气密度下的功率和推力18

146非标准空气密度下的功率曲线20

147低空气密度的对策24

15覆冰期间风电机组的运行27

16海上结冰31

参考文献32

第2章风电机组结冰的相关特点3421结冰对风电机组的影响34

22风电机组上的覆冰生长37

23覆冰的前提条件40

24结冰过程相关参数43

25结冰事件的定义45

26结冰检测47

261机电系统48

262电子系统48

263光学系统48

264风机参数49

265噪声测量49

266叶片表面的热力学状态49

寒冷气候下的风电机组结冰影响与防治系统目录267加热和未加热风速计的读数差异50

268风机结冰检测系统综合评价50

269测量现场的结冰情况51

27冰冻气候下测风仪的运行情况54

28覆冰预测模型57

281短期覆冰预测57

282超短期覆冰预测60

283缺乏相关信息的场址覆冰风险评估61

29甩冰和结冰风险67

291场址参数72

292甩冰质量74

293脱离半径和方位角分布74

294阻力和升力分布76

295冰击事件76

296地面上的冰块76

210覆冰的经济风险81

211防冰系统盈亏平衡分析82

参考文献85

第3章覆冰叶片的气动性能8731翼型周围的流态87

32叶片翼型的空气动力学概述91

321对称翼型91

322非对称翼型91

33覆冰翼型的空气动力学概述92

34覆冰对气动性能的影响97

35数值模拟100

36航空领域的试验测试101

361识别覆冰的几何形状101

362拟合冰的真实几何形状107

37覆冰的类型和边界层107

371离散粗糙度108

372角状冰110

373顺流冰111

374翼向脊状冰112

375失速行为118

376平稳空气动力学，三维和旋转效应118

38覆冰对发电量的影响119

39覆冰对风机气动性能的影响123

391气动弹性模型124

392叶片覆冰的物理模型125

393物理模型敏感性分析128

39420年疲劳寿命评估128

310覆冰叶轮不平衡的简化分析133

参考文献135

第4章结冰过程13841冰的形成机理138

42结冰/防冰条件模拟139

43外部流场和温度场141

44表面润湿度建模143

441液滴撞击固定圆柱体146

442驻点撞击率的确定149

443粒子轨迹二维计算方法154

444固定圆柱体的求解157

445零攻角翼型前缘的撞击率161

446非零攻角和尺度效应的撞击率163

447示例165

448旋转翼型169

45质量守恒方程174

451基本质量流量分析175

452水膜连续性和破裂178

46冻结系数和Messinger模型180

47能量守恒方程181

471表面传热系数182

472长波辐射183

473短波辐射183

48问题的求解184

481情况A：结冰表面Tw482情况B：无冰表面Ts>0℃186

483叶片结冰实例187

49冰面的热流体动力学过程192

491表面微观物理学193

492一般结冰过程中的回流水动力学和扩展的Messinger模型193

参考文献198

第5章防冰系统20051引言200

52防冰系统评估流程203

53防冰系统概述与讨论206

54防冰系统分类206

541基于运行原理的防冰系统分类206

542机械防冰系统和热力防冰系统206

543其他防冰系统207

55基于持续时间的防冰系统分类208

56基于能量需求的防冰系统分类208

57防冰系统在风电机组中的应用208

571电加热防冰系统209

572管道内热空气循环加热系统 211

58管道内热空气防冰系统的设计217

581几何建模218

582热流体动力分析 218

583共轭传热分析219

584截水率221

585设计结果221

59防冰系统的能量效率229

510估算防冰所需功率的简化方法229

511防冰系统新技术238

5111机械防冰238

5112热力防冰239

5113低附着力涂层材料255

512海上防冰系统257

参考文献257参考阅读259物理量表267