曹慧清 白旭 尹群

(江蘇科技大學(xué),船舶與海洋工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引言

近年,風(fēng)力發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅猛,陸上風(fēng)力發(fā)電已趨近飽和,許多企業(yè)紛紛把目光轉(zhuǎn)向海上風(fēng)力機(jī)的建設(shè)。而處于寒冷地區(qū)的海上風(fēng)力機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)將存在結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn),風(fēng)力機(jī)結(jié)冰(如圖1)影響其氣動(dòng)性能和運(yùn)行安全,給風(fēng)力機(jī)帶來了極大危害。例如,風(fēng)力機(jī)表面結(jié)冰會(huì)降低風(fēng)能利用系數(shù),減小出力;影響風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞壽命,產(chǎn)生安全隱患。因此,研究海上風(fēng)力機(jī)結(jié)冰預(yù)報(bào)與防除冰技術(shù)至關(guān)重要。

圖1 風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰Fig.1.Wind turbine blade icing

為了精確地對(duì)寒區(qū)海上風(fēng)力機(jī)的結(jié)冰進(jìn)行預(yù)報(bào),首先需要研究影響風(fēng)力機(jī)結(jié)冰的因素,包括環(huán)境溫度、液態(tài)水含量(Liquid Water Content,LWC)、平均水滴直徑(Medium Volume Droplet Diameter,MVD)、風(fēng)速等。其中液態(tài)水含量(單位體積的空氣中所有液態(tài)水的質(zhì)量)是影響結(jié)冰形狀的重要參數(shù),結(jié)冰形狀改變將影響葉片的氣動(dòng)性能,最終影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效率。空氣中液態(tài)水含量首先取決于地域特性,潮濕氣候條件下,液態(tài)水含量較高;其次取決于環(huán)境溫度,溫度低于–10℃,空氣中過冷水滴凝結(jié)為冰晶并降落到地面,使得空氣中液態(tài)水含量降低[1]。同時(shí),已有研究表明,空氣中的氣態(tài)水含量幾乎不會(huì)對(duì)葉片結(jié)冰造成影響[2]。因此,本文以空氣中液態(tài)水含量為主要研究對(duì)象。

目前,已有國內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究。孫策[3]研究了霜冰結(jié)冰條件下,結(jié)冰對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的影響,初步提出了一套適用于小尺度、小縮比和霜冰條件下的葉片結(jié)冰形狀相似準(zhǔn)則,利用自行搭建的結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)完成了對(duì)該準(zhǔn)則的驗(yàn)證性試驗(yàn)。Shin 和Bond[4]研究了不同的液態(tài)水含量、風(fēng)速等參數(shù)對(duì)NACA0012 翼型結(jié)冰的影響,并做了大量結(jié)冰試驗(yàn)。Bose[5]對(duì)直徑為1.05 m 的水平軸風(fēng)力機(jī)做了降水結(jié)冰的試驗(yàn),得到了葉片不同位置處明冰結(jié)冰的形狀,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的明冰都發(fā)生在葉片前緣和翼尖處。Hu 等[6]研究了葉片受不同參數(shù)影響的結(jié)冰分布。結(jié)果表明,冰的質(zhì)量和厚度從葉根到葉尖呈線性增長(zhǎng)。較高的風(fēng)速、較小的攻角、較高的液態(tài)水含量和較低的溫度均對(duì)葉片結(jié)冰有較大影響。

相比于風(fēng)力機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)研究,數(shù)值模擬研究更加廣泛。Homola 等[7]研究了NREL 5 MW 風(fēng)力機(jī)模型因結(jié)冰造成的性能損失,并在霜冰條件下對(duì)沿葉片的五個(gè)截面結(jié)冰進(jìn)行了模擬,并用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法模擬分析了潔凈和結(jié)冰翼型截面的氣動(dòng)特性。顧聲龍等[8]利用Fluent UDF(User Defined Function)對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片翼型的明冰結(jié)冰進(jìn)行了數(shù)值研究,得出了明冰對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響。鄧曉湖等[9]通過CFD 方法對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)葉片翼型的霜冰結(jié)冰進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,結(jié)冰后翼型提前進(jìn)入失速區(qū)是造成葉片氣動(dòng)性能惡化的主要原因。結(jié)冰模型用于模擬在結(jié)冰條件下某結(jié)冰對(duì)象在流體與結(jié)構(gòu)之間的相互作用關(guān)系。目前存在2 種常用冰積模型:一種是結(jié)冰經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?最常見的是Makkonen 模型[10],該模型是基于準(zhǔn)三維、較靈活的框架模型,是其他大多數(shù)結(jié)冰經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ);另一種是結(jié)冰理論模型,分為二維和三維葉片結(jié)冰模型,著名的結(jié)冰仿真商業(yè)軟件LEWICE、FENSAP-ICE 和TURBICE 都是此類模型,其中TURBICE 和LEWICE 為二維葉片模型,FENSAP-ICE 為三維葉片模型?，F(xiàn)階段,二維模型求解空氣流場(chǎng)使用的是面元法,主要用于求解勢(shì)流模型;而三維模型求解空氣流場(chǎng)使用的是空間網(wǎng)格法,用于求解N-S 方程或歐拉方程。

海上風(fēng)力機(jī)有著區(qū)別于陸上的獨(dú)特氣象條件,陸上的結(jié)冰預(yù)報(bào)方法是否適用仍需驗(yàn)證。由于葉片是風(fēng)力機(jī)接受風(fēng)能最重要的部件,本文針對(duì)寒區(qū)海上風(fēng)力機(jī)葉片,采用Fluent 和FENSAP-ICE相結(jié)合的方法,選取液態(tài)水含量作為敏感參數(shù),分析液態(tài)水含量的變化對(duì)結(jié)冰厚度、結(jié)冰量和結(jié)冰外形的影響。

1 結(jié)冰氣象條件與結(jié)冰理論

1.1 結(jié)冰氣象條件

空氣中的水滴只會(huì)在低于–40℃時(shí)自發(fā)結(jié)冰[11],而溫度在0～–40℃之間時(shí),水滴處在亞穩(wěn)定狀態(tài)即過冷狀態(tài),經(jīng)過很長(zhǎng)一段時(shí)間后產(chǎn)生結(jié)晶核才會(huì)結(jié)冰。但是,若水滴與葉片發(fā)生碰撞,葉片便會(huì)開始結(jié)冰。

風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰按其結(jié)冰性質(zhì)可分為霜冰、明冰、濕雪和混合冰。圖2 為霜冰、明冰與風(fēng)速和溫度的關(guān)系。本文海上風(fēng)力機(jī)的氣象條件以Drage 和Hauge[12]的研究為參考,他們通過實(shí)驗(yàn)確定了挪威西海岸Brosviks?ta 山大氣結(jié)冰的氣象條件范圍(見表1)。結(jié)合表1 和圖2 可知,本文研究的結(jié)冰類型為霜冰。同時(shí),世界氣象組織指出,海平面以上16 m 是海洋飛沫的上限[13],本文研究的海上風(fēng)機(jī)葉片葉尖離海平面最近處約30 m,所以本文暫不考慮海洋飛沫對(duì)葉片結(jié)冰的影響。

圖2 冰型與氣溫和風(fēng)速的關(guān)系[14]Fig.2.Relationship between ice type and temperature and wind speed[14]

表1 氣象條件Table 1.Meteorological condition

1.2 結(jié)冰機(jī)理及模擬

1.2.1 結(jié)冰機(jī)理

結(jié)冰是一種常見的自然現(xiàn)象,從熱力學(xué)角度來看,水的溫度降到0℃以下成為過冷水,過冷水并不穩(wěn)定,而是處于亞穩(wěn)態(tài),該狀態(tài)的解除需要大于臨界尺寸的冰核的形成。當(dāng)過冷水中出現(xiàn)尺寸大于臨界尺寸的冰核時(shí),結(jié)冰過程開始,冰核在過冷水中長(zhǎng)大,最終成為宏觀意義上的冰[15]。風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中,當(dāng)葉片表面周圍溫度低于0℃并與過冷水滴發(fā)生碰撞時(shí),便會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。在結(jié)冰過程中,伴隨復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象,撞擊到葉片表面的過冷水滴與空氣會(huì)產(chǎn)生對(duì)流換熱、自身伴隨蒸發(fā)和升華等,同時(shí)釋放潛熱,根據(jù)外界條件差異決定是否產(chǎn)生結(jié)冰表面的液態(tài)水回流等現(xiàn)象[16]。

霜冰主要出現(xiàn)在環(huán)境溫度較低、液態(tài)水含量較低和液滴大小較小情況下,這些條件下過冷水滴撞擊到葉片表面立即凍結(jié)。結(jié)冰過程中釋放的熱量不足以使葉片表面溫度上升到冰點(diǎn)以上,因此冰沒有發(fā)生融化,也無向后的溢流。所以,結(jié)冰發(fā)生在葉片前緣狹窄區(qū)域,外形較規(guī)則且不透明。

1.2.2 結(jié)冰數(shù)值模擬

采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行結(jié)冰計(jì)算,主要包括3 個(gè)步驟:葉片流場(chǎng)計(jì)算、水滴軌跡計(jì)算和冰層生長(zhǎng)計(jì)算。

(1)葉片流場(chǎng)計(jì)算。計(jì)算葉片周圍的流場(chǎng)分布,以得到葉片周圍空氣流速等參數(shù)。

控制方程為低速黏流N-S 方程,通用形式為:

其連續(xù)方程為:

式中,ρ為空氣密度,t為時(shí)間,φ為運(yùn)輸變量,?為空氣速度,φΓ 為擴(kuò)散系數(shù),qφ為源項(xiàng)。

風(fēng)力機(jī)工作時(shí)葉片處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài),此時(shí)空氣處于復(fù)雜繞流運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此本文使用葉素動(dòng)量(Blade Element Momentum,BEM)理論來解決葉片旋轉(zhuǎn)和多葉片對(duì)空氣流場(chǎng)的影響[17]。

BEM 理論是分析風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能主要方法。空氣繞流葉片的運(yùn)動(dòng)是具有渦旋的復(fù)雜流動(dòng),BEM 理論是將風(fēng)輪葉片沿展向分成多個(gè)微段,這些微段為葉素,通過引入軸向、切向誘導(dǎo)因子反映氣流沿軸向、切向速度的變化,使基于動(dòng)量守恒原理和氣動(dòng)理論的分析方法成為可能。

數(shù)值模擬包括兩個(gè)主要參數(shù),相對(duì)風(fēng)速(Vrel)和迎角(α0)。這些參數(shù)取決于來流風(fēng)速(V∞)、軸向和切向誘導(dǎo)因子(a和γ)、截面半徑(r)、局部速比(λr)和該截面處的葉片扭轉(zhuǎn)角(?)。每個(gè)截面的相對(duì)風(fēng)速和迎角通過下式計(jì)算:

其中:

其中,R是風(fēng)輪半徑,CL為升力系數(shù),B為葉片個(gè)數(shù),c為葉片翼型弦長(zhǎng),λ為葉尖速比,λr為局部速比,β0是流動(dòng)角,β0=90?α0?φ。

(2)水滴軌跡計(jì)算。水滴軌跡的計(jì)算使用的是FENSAP-ICE 軟件中DROP3D 模塊,在葉片流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,求解過冷水滴的運(yùn)動(dòng)方程,對(duì)每個(gè)水滴進(jìn)行跟蹤,以確定水滴是否與葉片發(fā)生碰撞。用歐拉法建立氣-液兩相控制方程,然后用有限體積法求解控制方程,從而得到水滴運(yùn)動(dòng)軌跡和葉片表面的撞擊特性。

水滴軌跡運(yùn)動(dòng)方程如下:

式中,ρa(bǔ)和ρd分別為氣流密度和水滴密度,Vrel為相對(duì)風(fēng)速,和分別為氣流速度和水滴速度,d為水滴直徑,aμ為運(yùn)動(dòng)黏度,L∞為特征長(zhǎng)度,g∞為來流重力加速度，→為重力加速度。

(3)冰層生長(zhǎng)計(jì)算。冰層生長(zhǎng)計(jì)算運(yùn)用FENSAP-ICE 軟件中ICE3D 模塊,此模塊使用的是Bourgault 結(jié)冰模型,利用質(zhì)量和能量守恒方程求解葉片表面的結(jié)冰熱力學(xué)模型,得到葉片的表面溫度和結(jié)冰量的分布。

質(zhì)量守恒方程:

能量守恒方程:

式中,f表示水膜,為瞬時(shí)蒸發(fā)質(zhì)量,為瞬時(shí)結(jié)冰質(zhì)量,fρ、fc、sc、ε、σ、Levap和Lfusion分別代表流體的物理性能,Qanti-icing為防冰熱通量,為表面法線向量,LWC為局部液態(tài)水含量,β局部水滴收集系數(shù)。各項(xiàng)的具體表達(dá)式和方程的詳細(xì)求解方法參見文獻(xiàn)[18]。

當(dāng)結(jié)冰類型為霜冰時(shí),液滴撞擊葉片表面會(huì)直接結(jié)冰,則不需考慮傳熱及相變,只需考慮質(zhì)量守恒。其質(zhì)量守恒方程可以寫為:

式中,ρice為冰的密度,tΔ 為時(shí)間步長(zhǎng),為結(jié)冰增長(zhǎng)速度,Δhice結(jié)冰表面位移,LWC∞為來流液態(tài)水含量。

結(jié)合公式(16)～(18)可以看出,在其他參數(shù)條件給定時(shí),LWC的改變會(huì)直接影響到葉片的結(jié)冰質(zhì)量和結(jié)冰生長(zhǎng)速度。

2 數(shù)值預(yù)報(bào)方法及驗(yàn)證

2.1 計(jì)算外形及網(wǎng)格

本文計(jì)算外形選用某5 MW 級(jí)海上風(fēng)力機(jī)[19],其單葉片長(zhǎng)63 m。風(fēng)力機(jī)葉片(見圖3)上距離翼根85%～100%之間的區(qū)域?qū)τ陲L(fēng)力發(fā)電而言最重要,本文采用位于風(fēng)力機(jī)葉片上距離翼根90%的位置的翼型作為研究對(duì)象[20]。此處的翼型為NACA64-A17,翼型弦長(zhǎng)為2.086 m,厚度為0.05 m。

光滑翼型與帶冰翼型均采用ICEM 劃分的C型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格(見圖4),翼型固壁面采用無滑移和絕熱條件。

圖4 計(jì)算域網(wǎng)格劃分及局部放大圖。a) 潔凈翼型計(jì)算域網(wǎng)格劃分情況;b) 潔凈翼型局部網(wǎng)格劃分情況;c) 結(jié)冰翼型局部網(wǎng)格劃分情況Fig.4.Grids in computational zone and part grid of the airfoil.a) grids in computational zone of the clean airfoil;b) partial grid of a clean airfoil;c) partial grid of an iced airfoil

2.2 計(jì)算流程

本文結(jié)合Fluent 和FENSAP-ICE 軟件進(jìn)行風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)冰數(shù)值模擬研究。利用ICEM 軟件劃分潔凈翼型截面網(wǎng)格;將劃分好的網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent 軟件中分析葉片周圍流場(chǎng);將流場(chǎng)分析結(jié)果導(dǎo)入FENSAP-ICE 中,在FENSAP-ICE 軟件中DROP3D模塊計(jì)算水滴軌跡,ICE3D 模塊計(jì)算結(jié)冰生長(zhǎng)并導(dǎo)出結(jié)冰后翼型;由于霜冰主要發(fā)生在翼型的前緣,翼型前緣需加密處理,重新在ICEM 中劃分結(jié)冰后的翼型截面網(wǎng)格并導(dǎo)入Fluent,重復(fù)上述過程直到給定的截止時(shí)間。圖5 為本文的計(jì)算流程圖。

圖5 計(jì)算流程Fig.5.Calculation process

2.3 數(shù)值驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,本文將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。其中,NACA0012 翼型結(jié)冰的數(shù)值模擬是最經(jīng)典的算例,有著豐富的冰風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。Shin 和Bond[21]在美國國家航空咨詢委員會(huì)(NACA)的Lewis 研究中心對(duì)NACA0012 翼型結(jié)冰進(jìn)行了多次冰風(fēng)洞試驗(yàn),積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù),本文選取其中一組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

文獻(xiàn)中的計(jì)算條件為:翼型弦長(zhǎng)c=0.5334 m,攻角AOA=4°,環(huán)境溫度T=–28.3℃,來流速度U∞=67.05 m·s–1,平均水滴直徑MVD=20 μm,液態(tài)水含量LWC=1 g·m–3,結(jié)冰時(shí)間t=360 s。

由圖6 可知,本文預(yù)測(cè)冰形與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,結(jié)冰外形為霜冰,霜冰主要集中在翼型前緣,結(jié)冰極限與結(jié)冰厚度基本一致,結(jié)冰冰形大部分重合,由此驗(yàn)證了本文計(jì)算方法的正確性。

圖6 本文計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig.6.Comparison of the ice shape between this paper and the experiment

3 液態(tài)水含量對(duì)葉片結(jié)冰的影響

3.1 計(jì)算條件

本文采用了如表2 所示的環(huán)境條件和氣象條件,以此來計(jì)算翼型表面的結(jié)冰量和結(jié)冰外形,并分析不同液態(tài)水含量和在1 h、3 h 和10 h 三種不同結(jié)冰時(shí)間條件下對(duì)葉片結(jié)冰的影響。

3.2 時(shí)間步長(zhǎng)選擇

在結(jié)冰數(shù)值模擬的計(jì)算中,時(shí)間步長(zhǎng)的選擇會(huì)對(duì)數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果造成干擾。隨著翼型結(jié)冰后表面局部收集系數(shù)β的改變,結(jié)冰數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果也受到影響。對(duì)于CFD 分析軟件來說,時(shí)間步長(zhǎng)選取的越小,計(jì)算結(jié)果越精確,但對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求越高,計(jì)算時(shí)間也隨之增加,因此有必要選取合適的時(shí)間步長(zhǎng)。

本文選取表2 中一組結(jié)冰條件進(jìn)行研究,其中液態(tài)水含量為0.15 g·m–3,結(jié)冰時(shí)間為3 h,其他結(jié)冰條件不變。時(shí)間步長(zhǎng)分別選取5 min、15 min和30 min,表3 為三種不同時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。從表3 中可知,相較于時(shí)間步長(zhǎng)為5 min 時(shí)的結(jié)冰量,15 min 和30 min 時(shí)間步長(zhǎng)下結(jié)冰量的變化幅值百分比分別為 1.30%和4.84%。三種時(shí)間步長(zhǎng)模擬結(jié)果相近,但在計(jì)算中發(fā)現(xiàn),隨著結(jié)冰時(shí)間的增加,15 min 和30 min相較于5 min 時(shí)間步長(zhǎng)下結(jié)冰量的變化增幅呈不斷增大的趨勢(shì)。因此,考慮到三種時(shí)間步長(zhǎng)下的計(jì)算效率和計(jì)算精度,本文選取15 min 作為時(shí)間步長(zhǎng)。

表2 不同液態(tài)水含量對(duì)結(jié)冰影響的計(jì)算參數(shù)Table 2.Calculation parameters of influence of different liquid water content on icing

表3 三種時(shí)間步長(zhǎng)數(shù)值計(jì)算結(jié)果Table 3.Three time-step numerical calculation results

3.3 不同液態(tài)水含量下的計(jì)算結(jié)果分析

圖7 至圖9 分別為液態(tài)水含量為0.05 g·m–3、0.10 g·m–3、0.15 g·m–3、0.20 g·m–3和0.25 g·m–3時(shí),在1 h、3 h 和10 h 三種不同結(jié)冰時(shí)間條件下,葉片所取截面的結(jié)冰量、結(jié)冰最大厚度和結(jié)冰形狀圖。

圖7 不同液態(tài)水含量下葉片表面的結(jié)冰量Fig.7.Amount of icing on blade surface under different liquid water content

從圖7 和圖8 可以看出,在相同的結(jié)冰條件下,隨著空氣中液態(tài)水含量的增加,翼型表面的結(jié)冰量和結(jié)冰厚度也逐漸增加。這是由于液態(tài)水含量代表單位體積空氣中所含有的液態(tài)水的質(zhì)量,在其他條件相同的情況下,隨著液態(tài)水含量的增加,單位體積空氣中存在著更多的水滴,將有更多的水滴撞擊到葉片表面,從而使葉片表面微元中收集到的液態(tài)水更多,并在之后的傳質(zhì)和傳熱過程中凍結(jié),形成更多的冰。同時(shí),從圖中可以看出,隨著結(jié)冰時(shí)長(zhǎng)的增加,不同濃度液態(tài)水含量下結(jié)冰量的增幅呈不斷變大的趨勢(shì)。這是由于隨著結(jié)冰時(shí)間的增加,不同濃度液態(tài)水含量下結(jié)冰外形差異更加明顯,結(jié)冰表面的局部收集系數(shù)β也隨之變化,因此結(jié)冰量不再隨液態(tài)水含量變化呈線性增加。

圖8 不同液態(tài)水含量下葉片表面的結(jié)冰最大厚度Fig.8.Maximum thickness of icing on blade surface under different liquid water content

從圖9 中可以看出,不同濃度液態(tài)水含量下生成的冰形均為霜冰,未發(fā)現(xiàn)明顯溢流現(xiàn)象。液態(tài)水含量的改變并沒有改變?nèi)~片表面的結(jié)冰類型,也未影響結(jié)冰的生長(zhǎng)趨勢(shì)。不同濃度液態(tài)水含量下,冰與葉片的吸附面沒有產(chǎn)生明顯變化,這是因?yàn)楸M管空氣中液態(tài)水含量增加了,但風(fēng)速、平均水滴直徑等參數(shù)并未發(fā)生改變,水滴的運(yùn)動(dòng)軌跡也沒有改變。

圖9 不同液態(tài)水含量下葉片表面的結(jié)冰外形。a) 結(jié)冰1 h;b) 結(jié)冰3 h;c) 結(jié)冰10 hFig.9.Shapes of icing on blade surface under different liquid water content.a) 1 h-icing;b) 3 h-icing;c) 10 h-icing

4 結(jié)論

本文以寒區(qū)海上風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰為背景,采用Fluent 和FENSAP-ICE 相結(jié)合的方法對(duì)葉片結(jié)冰開展數(shù)值模擬,選取液態(tài)水含量作為敏感參數(shù),分析了液態(tài)水含量的變化對(duì)葉片結(jié)冰厚度、結(jié)冰量和結(jié)冰外形的影響,得出如下結(jié)論。

(1)液態(tài)水含量在0.05～0.25 g·m–3范圍內(nèi),隨著液態(tài)水含量的增加,葉片表面的結(jié)冰量和結(jié)冰厚度隨之增加。

(2)液態(tài)水含量在0.05～0.25 g·m–3范圍內(nèi),液態(tài)水含量并不影響葉片表面的結(jié)冰類型和結(jié)冰生長(zhǎng)趨勢(shì),同時(shí)冰與葉片的吸附面也不隨液態(tài)水含量變化而改變。

(3)采用不同的液態(tài)水含量對(duì)葉片結(jié)冰進(jìn)行模擬,雖然模擬出了寒區(qū)海上液態(tài)水含量的變化范圍,但是液態(tài)水含量會(huì)隨海拔高度變化而變化,本文研究的海上風(fēng)力機(jī)塔架高達(dá)90 m,葉尖高度可達(dá)海平面以上153 m,葉片旋轉(zhuǎn)時(shí),短時(shí)間內(nèi)會(huì)掠過不同液態(tài)水含量的空氣,對(duì)液態(tài)水含量時(shí)刻變化的空氣的模擬還有待改進(jìn)。

(4)針對(duì)不同結(jié)冰時(shí)長(zhǎng)、不同液態(tài)水含量的結(jié)冰進(jìn)行了分析。若風(fēng)速、平均水滴直徑等參數(shù)發(fā)生改變,對(duì)不同液態(tài)水含量下的結(jié)冰進(jìn)行對(duì)比分析,是否能得到類似的結(jié)論還有待研究。