Page 88 - 电力与能源2024年第五期

620 吴世玮，等：基于 EDEM-FLUENT 耦合仿真的风沙工况下风力机叶片侵蚀特性研究

如图 12 所示。由图 12 可见，随着风沙持续冲击
风 力 机 叶 片 表 面 ，三 角 形 与 体 形 砂 砾 对 叶 片 的
切向冲蚀力较球形砂砾更大。这是由于自然风
沙 中 三 角 形 及 体 形 风 沙 约 占 80%，其 较 为 尖 锐

的 棱 角 在 冲 击 叶 片 表 面 会 产 生 较 大 的 切 向 应
力，从而导致叶片磨损加剧了，进而影响叶片的
整体气动特性。

图 13 扬沙天气不同攻角下叶片的磨损变化云图

图 12 砂砾对叶片表面的累计冲蚀力

3.2 不同风沙工况及攻角对叶片磨损影的响分析
基于气象学理论基础，模拟了在扬沙（沙含量
2.30 mg·m ·s ）、沙尘暴（沙含量 8.38 mg·m ·s ）、
—3
—1
—3
—1
强沙尘暴（沙含量 14.03 mg·m ·s ）3 种工况下，
—3
—1
叶 片 攻 角 分 别 为 90° ，60° 和 30° 时 的 磨 损
情 况 。 图 14 沙尘暴天气不同攻角下叶片的磨损变化云图
不同工况及攻角下的叶片磨损云图如图 13
至 15 所示。可以得到如下结论。①在扬沙天气
下，当攻角为 90° 时，磨损主要集中在叶片前缘和
叶尖（图 13 中 A 点和 B 点）；当攻角为 60° 时，磨损

部 位 主 要 集 中 在 叶 片 前 缘 中 部 位 置（图 13 中 C
点）；当攻为 30° 时，磨损部位主要集中在叶尾前
缘（图 13 中 D 点）。②沙尘暴天气下，当攻角为
90° 时，磨损最大部位出现在叶片前缘图 14 中的 E
点和 F 点处；当攻角为 60° 时，磨损最大部位出现

在图 14 中的 G 点；当攻角为 30° 时，磨损最大部位
点出现在图 14 中的 H 点处，其中 G 点磨损量最 图 15 强沙尘暴天气不同攻角下叶片的磨损变化云图
大。③强沙尘暴天气下，当攻角为 90° 时，叶片磨
4 结语
损在风力机叶片表面呈现片状分布；当攻角为 60°
时，叶片磨损的片状区域较攻角为 90° 时缩小了 本文通过 EDEM 与 FLUENT 耦合的数值模
一个量级；当攻角为 30° 时，叶片磨损片状区域更 拟方法，分析了符合风力机实际运行工况的 3 种
是缩小至 90°时的 1/9。 风沙类型以及风沙强度对叶片侵蚀磨损的影响，