一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法技术

本发明专利技术公开了一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法，涉及风力发电机叶片冲击仿真模拟技术领域。在对叶轮风场模拟的基础上使用离散相模拟雨滴，得到雨滴水平速度，并基于模拟结果和雨滴垂直下落速度推导出冲击速度；利用叠层方式建立以复合材料为基体的前缘保护膜有限元模型，并使用SPH方法模拟雨滴冲击；通过改变模型中的雨滴直径和雨滴冲击速度，对保护膜在各种工况下的雨蚀冲击进行仿真分析，通过建立覆水冲击模型，分析表面覆水的缓冲作用。本发明专利技术基于风驱雨模拟得到雨滴实际冲击工况，并建立叶片的局部精确模型，可以更高效准确的模拟叶片保护膜雨蚀冲击，为叶片防护材料的雨蚀研究提供可靠依据和有效数据。防护材料的雨蚀研究提供可靠依据和有效数据。防护材料的雨蚀研究提供可靠依据和有效数据。

【技术实现步骤摘要】
一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法


[0001]本专利技术属于风力发电机叶片冲击仿真模拟
，具体涉及一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法。

技术介绍

[0002]作为世界上发展最迅速的绿色能源技术，风电技术在解决能源危机中起到重要作用，而海上风电以风力资源更强、更稳定和单机容量大的优点成为未来风电市场的重心。2020年全球海上风电新增装机容量6.1GW，累计装机总量为35GW。据全球风能理事会预计，未来十年全球将累计新增超过235GW的海上风电装机。海上风力机叶片前缘在旋转过程中长期承受雨水冲击，导致前缘极易发生侵蚀，而叶尖前缘部位由于速度最大且相对较薄，因此成为腐蚀最严重的区域。雨蚀所形成的粗糙表面使叶片的气动阻力系数增大，这些由侵蚀引起的叶片功率降低将导致风力发电机每年损失巨额的发电量。叶片前缘保护膜一般由防穿刺、耐磨损的透明聚氨酯弹性体构成，具有良好的回弹性能，目前许多叶片生产商都采用前缘贴膜的方式进行叶片前缘腐蚀防护。
[0003]对大型风力机叶片前缘雨蚀防护的研究，目前主要采用数值模拟和实验结合的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一、建立叶轮风场计算模型并划分网格；步骤二、定义叶轮风场模拟相关参数；步骤三、计算风场达到收敛后释放离散相雨滴，统计雨滴撞击叶片表面信息；步骤四、基于叶尖速度，雨滴垂直下落速度和步骤三中所得到的雨滴水平速度，推导出雨滴与叶片之间的冲击速度：步骤五、分析不同降雨强度下雨滴直径分布，得到降雨中数量较多的雨滴直径范围；步骤六、建立叶片复合材料局部模型并定义材料属性和层间接触；步骤七、建立雨滴模型并定义其物理特性，设定雨滴与叶片局部模型之间的耦合接触；步骤八、分别以雨滴直径、冲击角度和叶尖速度为变量，模拟雨滴冲击叶片，分析不同工况对叶片前缘保护膜雨蚀性能的影响；步骤九、使用SPH方法在聚氨酯保护膜上表面覆盖一层水膜，模拟雨滴冲击覆水保护膜，分析表面覆水对雨滴冲击的削弱作用。2.根据权利要求1所述的一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法，其特征在于，步骤一具体为，首先根据翼型空间坐标建立中空叶片模型，然后对叶片和轮毂进行装配，最后创建流体域和结构域并划分结构化网格，在创建流体域时要考虑雨滴达到匀速下降所需最小距离，叶轮顶点与流体域上壁面垂直高度要大于这个距离。3.根据权利要求1所述的一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法，其特征在于，步骤二中入口风速沿高度分布符合幂指数风廓线规律，并通过用户自定义函数模块编程定义风速模型，风速分布规律如下：式中：V
vs
为不同高度风速，单位m/s；V
hub
为轮毂高度处风速，单位m/s；H为距地面高度，单位m；H
hub
为轮毂高度，单位m；α为风切变指数，设为0.18。4.根据权利要求1所述的一种风力机叶片前缘保护膜的雨蚀性能仿真分析方法，其特征在于，步骤三具体为，首先计算风场达到收敛，然后在流场上壁面释放雨滴离散相模型，雨滴释放速度为0，所释放雨滴数量由M
‑
P雨滴谱确定，公式如下：n(d)＝N0exp(
‑
Δ
·
d)式中：n(d)为各直径雨滴数量；N0为浓度参...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建宇，杨凯博，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：