风能作为绿色无污染的能源,拥有优化能源结构,保护生态环境,促进社会和经济可持续和谐发展等方面的优势,受到国内外的广泛关注和应用。我国低温地区的风资源可利用量相对较高,这使得在高海拔地区和寒冷地区设置风力发电场的情况越来越多,而低温环境下的风力机极易遭受霜冻和结冰的危害,导致其功率下降甚至发生安全事故,为此论文以常见的风力机叶片翼型和三维叶片为研究对象,使用CFD数值模拟方法对低温环境下风力机叶片结冰特性问题做了详细研究。论文首先阐述了风力机结冰的基本理论,并将CFD数值模拟方法计算获得的翼型的水滴撞击特性和结冰外型数据与试验数据相对比,验证了 CFD方法的可行性。在低温环境下研究不同风速、攻角、温度等参数对S809翼型表面的水滴撞击特性和结冰曲线的影响,通过翼型表面结冰的变化,归纳总结了不同因素对S809翼型表面结冰特性影响的规律,为寒冷地区风力机的设计研究提供依据。其次选取不同的10种风力机叶片翼型,模拟计算在同一工况条件下不同翼型表面结冰,在结合翼型的特征参数后发现,翼型的抗冰能力的优劣与翼型的最大厚度及其相对应的位置有关,翼型最大厚度数值越大及其对应位置越靠近翼型的前缘,其抗冰性能越好,可以为寒冷地区风力机叶片翼型的选择提供参考。最后对三维叶片模型在低温环境下的叶片表面的结冰特性进行了模拟计算,通过对比不同工况条件下的叶片表面结冰分布,得出结论如下:风速的增大会导叶片表面结冰总量增加,结冰区域集中;转速和空气中水含量的改变均会影响叶片表面的结冰总量及相对结冰面积。温度的降低会导致叶片表面结冰总量及相对结冰面积的增大,在明冰冰型下吸力面结冰区域有明显收缩趋势;而水滴直径的增大会导致叶片表面结冰总量减少,相对结冰面积减小;来流速度攻角的变化会改变叶片表面结冰区域的分布。论文对低温环境下风力机叶片结冰特性的研究,为寒冷地区的风力机的设计优化以及对风力机叶片结冰的防护工作提供了理论依据,有利于风力机在寒冷地区的应用。图[40]表[4]参[70]