基于微波加热的风力机叶片除冰性能数值模拟研究
文档名：基于微波加热的风力机叶片除冰性能数值模拟研究
摘要：针对在冬季霜冻或雾凇等极端天气下,风力机叶片出现结冰影响风电机组出力,甚至导致冰块堆积脱落等问题,提出一种基于微波加热的风力机叶片除冰方法.通过在叶片复合材料中加入炭黑及碳纤维以改善叶片的微波加热性能.结合COMSOL和MATLAB语言开展联合仿真,对叶片中填充介质的参数进行优化设计,进而针对优化后的叶片复合材料开展微波加热除冰模拟,得到微波加热功率和环境温度对除冰时间的影响规律.最后,通过研究结果表明,最佳炭黑填充浓度为3.98%,在此参数下,复合材料内的碳纤维形成了上下密集、中间稀疏的三明治结构,从而可有效提高复合材料的微波吸收率;随着微波功率的增加和环境温度的升高,除冰时间明显缩短,且微波功率对除冰时间的影响较环境温度更显著.
Abstract：Windturbinebladesaresusceptibletoicingcausedbyfrostorrimeandotherextremeweatherconditionsinwinter,whichdirectlyaffectsthewindturbineoutput,evenleadstosafetyproblemssuchasiceaccumulationandsubsequentshedding.Therefore,itisnecessarytoinvestigatetheanti/deicingtechnologiesforwindturbineblades.Inthispaper,adeicingmethodforwindturbinebladesbasedonmicrowaveheatingisproposed.Toimprovethemicrowaveheatingperformanceoftheblade,carbonblackandcarbonfiberareincorporatedintothebladecomposite.ThestudyemploysacombinationofCOMSOLandMATLABtooptimizetheparametersofthefillingmediumwithintheblade.Subsequently,simulationsareconductedtoanalyzethemicrowaveheatinganddeicingperformanceoftheoptimizedbladecomposite,examiningtheinfluencesofmicrowaveheatingpowerandambienttemperatureondeicingtime.Theresultsindicatethattheoptimumcarbonblackfillingconcentrationis3.98%.Underthiscondition,thecarbonfiberswithinthecompositeformasandwichstructure-denseratthetopandbottomandsparserinthemiddle,whicheffectivelyimprovesthemicrowaveabsorptionrateofthecomposite.Furthermore,itisobservedthatincreasingmicrowavepowerandambienttemperaturesignificantlyreducethedeicingtime,withmicrowavepowerexertingamorepronouncedeffectcomparedtoambienttemperature.
作者：秦志鹏魏高升崔柳杜小泽Author：QINZhipengWEIGaoshengCUILiuDUXiaoze
作者单位：华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室,北京102206
刊名：电力科学与技术学报 ISTICPKU
Journal：JournalofElectricPowerScienceandTechnology
年，卷(期)：2024, 39(1)
分类号：TK124
关键词：风力机叶片微波特性结构优化微波加热数值模拟除冰
Keywords：windturbineblademicrowavepropertiesstructureoptimizationmicrowaveheatingnumericalsimulationdeicing
机标分类号：U443.33TB322TU375.4
在线出版日期：2024年5月21日
基金项目：国家自然科学基金基于微波加热的风力机叶片除冰性能数值模拟研究[
期刊论文]电力科学与技术学报--2024, 39(1)秦志鹏魏高升崔柳杜小泽针对在冬季霜冻或雾凇等极端天气下,风力机叶片出现结冰影响风电机组出力,甚至导致冰块堆积脱落等问题,提出一种基于微波加热的风力机叶片除冰方法.通过在叶片复合材料中加入炭黑及碳纤维以改善叶片的微波加热性能.结合...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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