[发明专利]一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法及基于其的流场结构

权利要求书

1.一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.以采用气热防除冰方式的特定风电机组作为目标风机，设计多组气象参数组合；

S2.基于目标风机的叶片状况，制作相同的叶片结冰试验模型，并配备对应的气热除冰装置；

S3.基于气象参数组合和叶片结冰试验模型，在风电机组的正常运转且在气热除冰系统不运行的情况下，开展叶片覆冰试验，观察风电机组叶片的结冰特性，得到叶片表面结冰的时空特性；

S4.对叶片表面结冰的时空特性进行量化分析，得到整支叶片在不同结冰气候下的覆冰演变规律，形成覆冰特性数据库DATABASE1；

S5.基于覆冰特性数据库DATABASE1，筛选出多组典型的结冰工况；

在气热除冰系统启动运行时，设定同等结冰试验条件，开展叶片覆冰试验，观察风电机组叶片的结冰特性，得到叶片表面结冰的时空特性；

对叶片表面结冰的时空特性进行量化分析，得到整支叶片在不同结冰气候下的覆冰演变规律，形成覆冰特性数据库DATABASE2；

S6.针对选定的典型结冰工况，对比气热除冰系统是否运行下的叶片结冰数据库DATABASE1与DATABASE2，分别得到不同程度结冰情况下气热除冰系统在叶片上的失效区域；

通过对目标应用机组所处环境气候的综合分析，确定失效区域范围；

S7.在不改变运行热气流参数且不影响其余区域气热除冰效果的前提下，对上述失效区域范围设计强化气固换热效果的流场结构。

2.根据权利要求1所述的一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，S1中，多组气象参数组合的设计具体为：收集并整理环境和气象因素，结合目标风机叶片出现最严重凝冻情况时的历史极端天气情况，设计多组气象参数组合；

环境和气象因素包括风速、气压、气温、湿度及空气中过冷水滴颗粒度分布信息。

3.根据权利要求1所述的一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，S2中，气热除冰装置提供气热除冰气流参数，气热除冰气流参数与实际叶片气热除冰系统输出气流参数之间的映射关系取决于叶片结冰试验模型与对应的应用机组真实叶片的比例关系。

4.根据权利要求1所述的一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，S3中，风电机组叶片的结冰特性，包括叶片覆冰的类型、发生区域和形成速度。

5.根据权利要求1所述的一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，S4中，对叶片表面结冰的时空特性进行量化分析的过程中，需要提前做设定，具体为：

设定不同叶片展向位置上，叶片覆冰转变为较为严重或失控情况的临界值；

在覆冰开始出现后的设定时间内，在叶片弦向方向上，覆冰覆盖面积占比达到某临界值，或是在设定时间内叶片特定位置出现覆冰的厚度超过某个临界值，由于叶片气动特性的失效，叶片将会全被生长蔓延的覆冰覆盖。

6.根据权利要求1所述的一种提升叶片气热除冰整体效果的设计方法，其特征在于，S5中，依据S2步骤中的叶片模型比例关系，设定叶片在气热除冰系统最大输出功率下的气热系统运行参数，对选定的典型工况，在气热除冰系统按照上述功率运行的前提下，重复S3和S4的步骤，建立气热除冰工况下，叶片的表面结冰的时空发展特性，对该叶片表面结冰的时空特性进行量化分析，得到整支叶片在不同结冰气候下的覆冰演变规律，形成气热除冰系统运行的覆冰特性数据库。

7.基于权利要求1-6任意一项设计方法所得到的流场结构，其特征在于，所述流场结构为在整只叶片中筛选出需要提升换热强度的前缘强化加热段；

在前缘强化加热段内设计椎台流场结构，用于改变前缘强化加热段(5)内的热气流通流区域；

椎台流场结构由前端面(8)、后端面(9)以及渐变段(7)构成，其中渐变段(7)根据前端面(8)和后端面(9)的形状包络而成；

该椎台流场结构固定于叶片前缘(1)的第一腹板(3)上，第一腹板(3)与椎台流场结构的中心重叠。