李声茂, 李 岩

(东北农业大学 工程学院,哈尔滨 150030)

风力机是获取风能的关键部件,主要分为水平 轴和垂直轴两种形式.大型风力机多以水平轴螺旋桨式为主,对小型风力机而言,水平轴和垂直轴风力机都有一定的市场.近年来,垂直轴风力机,尤其是直线翼型垂直轴风力机以其结构简单、成本低廉、不需要偏航装置和便于维护等优点受到广泛关注[1-3].然而在使用中发现,当该种风力机被安装在寒冷地区时,叶片表面会出现积雪、结霜甚至结冰的现象,从而影响风力机的性能,甚至会出现事故和故障[4].笔者通过对风力机叶片野外结冰试验的观测发现,叶片表面结冰多出现在秋冬和冬春的交替季节,气温大多在-8～0°C,结冰要求空气湿度大,即空气中过冷水滴的含量很重要.试验观察发现雨夹雪的天气最容易结冰,且结冰的厚度和面积相对较大[5].目前,国内外对风力机叶片结冰问题研究较少,通常只参考一些飞机叶片结冰的计算结果,但飞机叶片与风力机的运行情况差距很大[6-8].为研究风力机叶片表面的结冰规律和影响叶片表面结冰的环境因素,笔者应用计算流体力学(CFD)方法,参照风力机叶片结冰野外观测的气候条件,主要是针对在冬季出现冻雨,即空气中水滴含量较大的情况,对直线翼垂直轴风力机叶片经常采用的NACA 0015翼型进行了翼型结冰数值模拟计算,获得了在不同风速和过冷水滴流量的条件下,8种典型攻角情况下的翼……