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近年来全球风电总装机容量呈显著上升趋势,但位于低温地区的风电场极易出现覆冰积雪等问题,这些问题影响风电场的安全可靠运行,虽然国内外对风力发电机叶片的覆冰规律和覆冰前后翼型气动参数的变化进行了较多的研究,但对覆冰增长过程中叶片风能利用率的变化规律的研究较为少见,且覆冰后的功率特性试验也尚未见诸报端。因此,研究不同覆冰类型和程度对叶片风能利用率的影响情况,并在人工气候室对风力机进行覆冰试验,得到其输出功率随覆冰增长的变化规律,对覆冰地区风力机的安全运行具有重要的理论意义和工程实用价值。本文首先对风力发电机空气动力学基本理论进行了介绍,在动量-叶素理论的基础上,得到理想风力发电机风能利用率的表达式;然后建立一种常用的风机叶片翼型数值计算模型,研究典型的雨凇和雾凇对翼型气动参数的影响,对不同覆冰程度时的翼型风能利用率进行计算,进一步得到考虑覆冰增长和叶尖速比改变时叶片风能利用率的变化规律;最后对小型风力发电机进行人工覆冰试验,得到风力机输出功率随覆冰增长的变化规律。论文的主要工作及取得的结果如下:(1)对风力发电机空气动力学基本理论进行介绍,在动量-叶素理论的基础上,得到了直接影响风能利用率的影响因素,然后计算并对其变化规律进行分析,为后面覆冰对叶片风能利用率的影响研究提供理论依据。(2)利用Fluent流体力学软件计算不同程度雨凇和雾凇覆冰对叶片常用翼型的气动性能及风能利用率的影响,并考虑叶尖速比的改变,分析覆冰形态和程度对叶片风能利用率的影响规律。结果表明:在雨凇覆冰初期叶片风能利用率迅速降低,随着雨凇覆冰的增长,叶片风能利用率下降速度变缓;在雾凇覆冰增长过程中叶片风能利用率会有一定程度的降低,但降低幅度明显小于雨凇覆冰。两者结果对比表明雨凇覆冰对风机叶片风能利用率的影响最为严重。(3)在人工气候室对小型风力发电机进行覆冰试验,对不同环境参数下叶片覆冰分布规律以及输出功率随覆冰增长的变化规律进行研究。结果表明:风力机叶片覆冰主要位于叶片前缘和迎风面,且前缘覆冰呈角状突起,从而导致风机输出功率显著下降;不同的环境参数会对覆冰过程中风机输出功率降低速度产生影响。(4)通过计算结果和试验结果的验证分析,两者的变化规律基本一致,在雨凇覆冰初期,风机叶片气动性能迅速恶化,风能利用率显著降低,输出功率迅速降低;随着雨凇覆冰的继续增长,风能利用率下降速度变缓并逐渐趋于稳定。