風(fēng)能作為可再生清潔能源，近年來(lái)在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展.而寒區(qū)蘊(yùn)含著大量的優(yōu)質(zhì)風(fēng)能，到2020年，寒冷氣候地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)量預(yù)計(jì)達(dá)到 186 GW.但因海上低溫潮濕的氣候特征而導(dǎo)致的葉片結(jié)冰問(wèn)題，是在冰區(qū)開(kāi)發(fā)風(fēng)能源要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一.葉片結(jié)冰會(huì)改變?nèi)~片表面形狀，影響葉片氣動(dòng)性能，降低發(fā)電效率.同時(shí)，導(dǎo)致葉片產(chǎn)生額外振動(dòng)，增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的疲勞負(fù)載，甚至降低風(fēng)機(jī)的使用壽命.另外，粗糙的結(jié)冰表面會(huì)增加氣動(dòng)噪聲，冰塊脫落也會(huì)對(duì)環(huán)境和機(jī)械設(shè)備造成巨大危害.渤海冬季冰面上的大氣相對(duì)濕度約為50%，而水面上的相對(duì)濕度約為90%，易造成結(jié)構(gòu)結(jié)冰.因此，若在渤海海域建設(shè)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，則風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的結(jié)冰問(wèn)題不容忽視.

為減小風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰帶來(lái)的負(fù)面影響，有必要對(duì)其結(jié)冰機(jī)理、結(jié)冰過(guò)程及特性進(jìn)行研究.已有針對(duì)風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰的研究是在飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰的基礎(chǔ)上逐漸開(kāi)展起來(lái)的，前期主要通過(guò)大量的風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)研究結(jié)冰的形成及影響因素.文獻(xiàn)[5]在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的結(jié)冰研究隧道中對(duì)NACA0012翼型進(jìn)行了結(jié)冰實(shí)驗(yàn)，研究了液滴含量、溫度等不同結(jié)冰條件下形成的不同冰型.文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究了不同條件下的美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)試驗(yàn)葉片的結(jié)冰情況，發(fā)現(xiàn)攻角、溫度、水滴含量和結(jié)冰時(shí)間影響葉片結(jié)冰程度，結(jié)冰程度越嚴(yán)重造成的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩越大.

隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的發(fā)展，數(shù)值方法也成為了研究葉片結(jié)冰的主要手段之一.文獻(xiàn)[7]采用Fluent軟件和氣動(dòng)彈性程序FAST軟件，研究了不對(duì)稱結(jié)冰和對(duì)稱結(jié)冰對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷的影響.文獻(xiàn)[8]利用FENSAP-ICE軟件對(duì)復(fù)雜的風(fēng)機(jī)結(jié)冰時(shí)間進(jìn)行數(shù)值模擬.文獻(xiàn)[9]模擬了風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)冰，發(fā)現(xiàn)結(jié)冰量隨風(fēng)速增大而增多，結(jié)冰集中在葉尖區(qū)域，結(jié)冰降低了風(fēng)機(jī)葉片的氣動(dòng)性能.文獻(xiàn)[10]采用拉格朗日法計(jì)算葉片覆冰，模擬了風(fēng)機(jī)的雨淞和霧凇覆冰過(guò)程，并研究結(jié)冰后風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩及功率損失情況.文獻(xiàn)[11]進(jìn)行風(fēng)力機(jī)葉片雨淞覆冰的三維數(shù)值模擬，并采用試驗(yàn)方法研究溫度對(duì)覆冰的影響以及覆冰對(duì)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力特性的影響.文獻(xiàn)[12]對(duì)霜冰條件下風(fēng)力機(jī)翼型結(jié)冰的數(shù)值計(jì)算進(jìn)行預(yù)測(cè)，研究攻角、水滴直徑、來(lái)流速度和液態(tài)水含量對(duì)翼型結(jié)冰的影響.文獻(xiàn)[13]基于自由尾流提升線模型和有限面積法開(kāi)發(fā)風(fēng)機(jī)結(jié)冰計(jì)算模型，將三維結(jié)冰問(wèn)題轉(zhuǎn)化為二維條件進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)NACA0012翼型和NREL風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了模型的有效性；并且為模擬偏航結(jié)冰過(guò)程，提出一種改進(jìn)的多點(diǎn)結(jié)冰計(jì)算模型，并進(jìn)行NACA0012機(jī)翼風(fēng)洞結(jié)冰實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該模型，發(fā)現(xiàn)偏航結(jié)冰特征導(dǎo)致不同的空氣動(dòng)力性能，這與流分離密切相關(guān).

雖然國(guó)內(nèi)外以飛機(jī)翼型結(jié)冰為基礎(chǔ)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，但風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰對(duì)整機(jī)的影響仍處于技術(shù)空白區(qū).本文基于美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室“Offshore Code Comparison Collaboration Continuation(OC4)”項(xiàng)目的導(dǎo)管架式一體化海上風(fēng)機(jī)模型，將計(jì)算流體力學(xué)與風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法進(jìn)行耦合分析，研究葉片結(jié)冰過(guò)程及其結(jié)冰后對(duì)風(fēng)機(jī)整體動(dòng)態(tài)性能的影響.所建立的CFD與風(fēng)機(jī)一體化分析耦合方法可為覆冰狀態(tài)下整機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征的研究以及冰區(qū)一體化海上風(fēng)機(jī)的安全性能評(píng)估提供參考依據(jù).

1 數(shù)值模擬方法

CFD方法采用Star CCM+軟件模擬計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰情況.利用離散多相模型模擬空氣中水滴的運(yùn)動(dòng)情況，以及液膜的融化-凝固模型模擬葉片積冰增長(zhǎng)，采用-湍流模型計(jì)算氣動(dòng)性能.風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)主要通過(guò)風(fēng)機(jī)計(jì)算軟件FAST來(lái)完成后續(xù)計(jì)算.

1.1 CFD結(jié)冰計(jì)算理論模型

..水滴運(yùn)動(dòng)模型 采用離散多相模型將拉格朗日多相和歐拉多相模型的多個(gè)特性相結(jié)合，以歐拉法模擬空氣中的水滴運(yùn)動(dòng)，以水滴占空氣的體積分?jǐn)?shù)來(lái)反映水滴在求解域中的分布.而空氣為連續(xù)相，使用典型的單相模型進(jìn)行求解.空氣中水滴體積分?jǐn)?shù)較低，水滴相對(duì)空氣相的影響可以忽略，故離散多相模型采用單項(xiàng)耦合模式，此時(shí)離散多相不會(huì)計(jì)算連續(xù)相的空氣, 此方法與拉格朗日多相模型一致.而離散多相模型建立的水滴運(yùn)動(dòng)計(jì)算的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程可分別表示為

(1)

(2)

式中：()為水滴的體積分?jǐn)?shù)；為水滴密度；為水滴速度；為時(shí)間；為體積；為面積；為重力加速度；為空氣作用于水滴的阻力，可以表示為

(3)

在攻角90° 時(shí)翼型阻力系數(shù)達(dá)到峰值，升力系數(shù)減小至0.在葉梢部位，NACA64_A17截面結(jié)冰翼型，相比于干凈翼型，0° 攻角時(shí)升力系數(shù)降低了82.02%，阻力系數(shù)增加了214%，最大升力系數(shù)降低了49.02%，最大阻力系數(shù)增加了5.35%.DU25和DU40翼型結(jié)冰后的最大升力系數(shù)也相應(yīng)降低，但僅有15.1%和10.5%，阻力系數(shù)增加了4.87%和4.58%.可以看出，結(jié)冰厚度對(duì)翼型的升阻力系數(shù)有較大影響，在葉梢部位結(jié)冰最大，其造成的升力系數(shù)降低也最為明顯.

(4)

式中：為雷諾數(shù)，可以表示為

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或Wilcoxon秩和檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)(α)為0.05。

(5)

式中：為空氣密度；為空氣動(dòng)力黏度.在流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，空氣中水滴會(huì)與風(fēng)機(jī)葉片表面發(fā)生碰撞，用表征葉片表面處撞擊水滴的收集能力，即水滴收集系數(shù)：

(6)

式中：為葉片表面法矢量；為來(lái)流速度；()為來(lái)流水滴體積分?jǐn)?shù).

..結(jié)冰增長(zhǎng)模型 空氣中水滴撞擊到葉片后不完全凍結(jié)，部分水滴形成液膜發(fā)生流動(dòng)現(xiàn)象；溫度較低時(shí)，水滴撞擊到翼型表面立即凍結(jié).本文選取前一種結(jié)冰形式，水滴不完全凍結(jié)生成液膜流動(dòng)，結(jié)冰情況考慮溫度項(xiàng)的影響，結(jié)冰過(guò)程中存在熱力學(xué)變化.基于Messinger方法的液膜質(zhì)量和能量守恒方程如下：

(9)

式中：為葉片上液膜密度；為液膜速度；為液膜厚度；為撞擊到葉片表面的水滴質(zhì)量；為結(jié)冰量；Δ為單位面積內(nèi)由液膜蒸發(fā)、剝離等引起的質(zhì)量變化；為液膜總能量；為液膜總焓；為液膜熱通量；為撞擊葉片的水滴能量；為水結(jié)冰釋放的能量；為單位面積內(nèi)由液膜蒸發(fā)、剝離、摩擦損失等引起的能量變化.

由液膜或直接撞擊生成的結(jié)冰增長(zhǎng)厚度的表達(dá)式如下:

最近，廣東省皮膚病醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員監(jiān)測(cè)到，一個(gè)網(wǎng)站竟然全盤(pán)復(fù)制廣東省皮膚病醫(yī)院官網(wǎng)首頁(yè)的內(nèi)容，但點(diǎn)開(kāi)二級(jí)網(wǎng)頁(yè)后，該網(wǎng)站卻指引患者前往廣州市另一家皮膚病?？漆t(yī)院。

西班牙“Maria Canals國(guó)際音樂(lè)比賽”將于2019年3月23日至4月4日西班牙巴塞羅那舉行。該比賽每年舉行一次，年齡限制：17至28歲。比賽一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)金為25，000歐元。比賽共分為四輪，預(yù)選輪：YOUTUBE；第一輪：獨(dú)奏20分鐘；第二輪：獨(dú)奏40分鐘；第三輪：獨(dú)奏50分鐘；決賽輪：協(xié)奏曲。比賽曲目與詳情請(qǐng)關(guān)注網(wǎng)站。

(10)

式中：為葉片上結(jié)成的冰密度；Δ為單位時(shí)間；Δ為單位面積.

教學(xué)查房是臨床實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)的必經(jīng)過(guò)程。通過(guò)教學(xué)查房，留學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入醫(yī)生角色，深入臨床實(shí)踐。在腫瘤學(xué)教學(xué)查房中，教師應(yīng)不斷提升自身教學(xué)水平，應(yīng)用適應(yīng)于留學(xué)生特點(diǎn)的方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力，促進(jìn)師生協(xié)作交流，完善教學(xué)中的不足，最終提高留學(xué)生教學(xué)質(zhì)量。

2.16 請(qǐng)從郵局寄送單位推薦信及稿件審理費(fèi)，推薦信應(yīng)注明對(duì)稿件的審評(píng)意見(jiàn)、無(wú)一稿兩投、不涉及保密、署名無(wú)爭(zhēng)議等項(xiàng)。

1.2 風(fēng)機(jī)一體化分析方法

風(fēng)機(jī)一體化分析方法采用Kane’s dynamics方法，通過(guò)牛頓運(yùn)動(dòng)定律直接推導(dǎo)得到，Kane運(yùn)動(dòng)方程由廣義主動(dòng)力和廣義慣性力兩部分組成，可以表示為

(11)

(12)

(13)

=1, 2, …,

最重要的是，社會(huì)心態(tài)應(yīng)當(dāng)端正——敬老愛(ài)老是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。對(duì)老人的關(guān)愛(ài)，不只是定期送溫暖、搞慰問(wèn)，更要以一顆恒常之心，把這份善意融入社會(huì)治理的細(xì)節(jié)中去。無(wú)紙化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、機(jī)器換人的生產(chǎn)生活方式令許多老人感到與社會(huì)“脫節(jié)”，因此，我們的公共服務(wù)不能只顧新潮和高效，也應(yīng)保留一些傳統(tǒng)服務(wù)方式，比如繳費(fèi)、預(yù)約、咨詢等業(yè)務(wù)。對(duì)于習(xí)慣了當(dāng)面溝通的老年人，既需要耐心對(duì)他們做好新技術(shù)普及，也需要給他們留下一扇熟悉的窗口。

2 數(shù)值模型描述

2.1 一體化導(dǎo)管架式海上風(fēng)機(jī)模型

本文主要選取OC4項(xiàng)目中的固定導(dǎo)管架式海上風(fēng)機(jī)，如圖1所示，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰研究.圖1(a)為導(dǎo)管架風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)，整個(gè)一體化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由導(dǎo)管架基礎(chǔ)、塔筒、機(jī)艙和3個(gè)葉片組成，導(dǎo)管架基礎(chǔ)的4個(gè)支腿由插入海床固定的樁腿支撐，4層X(jué)型導(dǎo)管用于加固垂直支腿.圖1(b)為NREL 5 MW風(fēng)機(jī)葉片，葉片沿葉展方向分為19個(gè)截面，由8種類型的翼型組成，其中：Cylinder為圓形翼型；DU為代爾夫特大學(xué)(Delft University)翼型；NACA為美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(National Advisory Committee for Aeronautics)翼型；A17為翼型展弦比為17.風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)如表1所示，葉片具體參數(shù)如表2所示.

3.1 宏觀化呈現(xiàn)重要的微觀生命現(xiàn)象，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可幫助學(xué)生達(dá)成對(duì)生物學(xué)重要概念的理解，但是有一些關(guān)鍵的生命現(xiàn)象與生命活動(dòng)規(guī)律卻隱含在微觀的生命現(xiàn)象中，借助多媒體將典型的生命現(xiàn)象宏觀化，有助于學(xué)生抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)。

2.2 CFD與風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法耦合系統(tǒng)

圖3為3種網(wǎng)格劃分情況和3種網(wǎng)格結(jié)冰前后輪廓對(duì)比圖，其中：為翼型在方向上的分布與弦長(zhǎng)之比；為翼型在方向上的分布與弦長(zhǎng)之比.對(duì)3種類型的網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)冰計(jì)算后，結(jié)冰輪廓圖基本一致.考慮三維風(fēng)機(jī)結(jié)冰計(jì)算采用1∶1模型，為保證計(jì)算效率和計(jì)算精度，加快計(jì)算速度，現(xiàn)選取網(wǎng)格2進(jìn)行三維風(fēng)機(jī)結(jié)冰計(jì)算的網(wǎng)格劃分，包括速度進(jìn)口、壓力出口、遠(yuǎn)場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)域和風(fēng)機(jī)葉片表面，網(wǎng)格總數(shù)量為 3 186 650，如圖4所示.

首先，采用風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行風(fēng)機(jī)整體計(jì)算，將風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果傳遞到CFD方法中，根據(jù)葉片運(yùn)動(dòng)情況，采用離散多相(DMP)和融化-凝固模型進(jìn)行葉片覆冰的仿真模擬，并利用-湍流模型計(jì)算葉片氣動(dòng)性能.然后，將CFD方法計(jì)算的葉片覆冰結(jié)果耦合到多體動(dòng)力學(xué)方法中，包括各剖面翼型結(jié)冰后的弦長(zhǎng)()、表面形狀、積冰厚度、升力阻力系數(shù)和改變后的氣動(dòng)中心位置.最后，進(jìn)行結(jié)冰后的風(fēng)機(jī)一體化分析，研究葉片覆冰對(duì)風(fēng)機(jī)整機(jī)效率、發(fā)電功率、葉片受力和振動(dòng)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)塔筒振動(dòng)等性能的影響，具體流程如圖2所示.

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 葉片結(jié)冰的計(jì)算結(jié)果

..計(jì)算域網(wǎng)格及收斂性分析 選取NACA0012翼型進(jìn)行網(wǎng)格收斂性分析，在Star CCM+中采用多面體網(wǎng)格劃分3種網(wǎng)格進(jìn)行結(jié)冰計(jì)算分析.網(wǎng)格數(shù)量及計(jì)算工況的選擇如表3所示.

陶水旺把表姐抱到床上，表姐求他，以后，不要再來(lái)糾纏她了，好不好？你也知道，我這一家人多不容易。陶水旺急不可耐地說(shuō)，好好，不來(lái)了。表姐問(wèn)，那個(gè)人知道不？他也依著木排等了一夜？陶水旺說(shuō)，你說(shuō)那個(gè)姓謝的？他是第二天早上漂到木排跟前的。你哭著走下木排時(shí)，他還偷偷地問(wèn)我你咋了。

本文在葉片覆冰問(wèn)題計(jì)算過(guò)程中將CFD方法與風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行雙向耦合.

..結(jié)冰計(jì)算工況選擇 風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，沿葉展方向從葉根到葉梢，風(fēng)機(jī)葉片局部線速度逐漸遞增，速度越快造成的結(jié)冰情況越嚴(yán)重.而二維的翼型無(wú)法真實(shí)反映風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)造成的結(jié)冰效果，因此本文對(duì)NREL 5 MW風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行三維結(jié)冰數(shù)值仿真.將一體化風(fēng)機(jī)計(jì)算的葉片運(yùn)動(dòng)響應(yīng)傳遞到CFD方法中進(jìn)行計(jì)算，在此采用風(fēng)機(jī)達(dá)到剛額定功率時(shí)的風(fēng)速()和葉片轉(zhuǎn)速.以冬季渤海海域海上氣象環(huán)境為計(jì)算工況，確定水滴平均直徑和空氣中的水滴含量，根據(jù)現(xiàn)實(shí)風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰情況設(shè)置結(jié)冰時(shí)間，具體參數(shù)如表4所示.

..結(jié)冰計(jì)算結(jié)果 CFD計(jì)算過(guò)程中忽略塔筒和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的大氣結(jié)冰影響，重點(diǎn)考慮葉片在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中的結(jié)冰現(xiàn)象.根據(jù)離散多相模型，采用歐拉法計(jì)算水滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.將葉片表面結(jié)冰后形成的冰層固化到葉片上，葉片表面網(wǎng)格根據(jù)固化冰層向外變形，以此來(lái)采用動(dòng)網(wǎng)格方法模擬葉片的結(jié)冰過(guò)程，風(fēng)機(jī)尾流渦量云圖和水滴撞擊量計(jì)算結(jié)果分別如圖5和6所示.

水滴撞擊量表示單位時(shí)間內(nèi)撞擊在葉片表面上的水滴質(zhì)量.由圖6可知，水滴主要撞擊在葉片的前緣位置，葉梢的水滴撞擊量最大，從葉梢到葉根水滴撞擊量逐漸減少.這主要是因?yàn)槿~片上水滴的撞擊量受葉片與空氣的相對(duì)速度影響，葉片上葉展位置越靠近葉梢的部位，因葉片旋轉(zhuǎn)其線速度越大；在風(fēng)速不變情況下，較大的線速度引起結(jié)構(gòu)與水滴的撞擊概率增大.撞擊量較大部位產(chǎn)生的結(jié)冰量較多，同時(shí)導(dǎo)致葉片表面粗糙度增加，如圖7所示.

為了將結(jié)冰厚度和氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)耦合到一體化計(jì)算方法中，需要計(jì)算葉片19個(gè)截面結(jié)冰后的幾何形狀.在此選取圖1(b)標(biāo)注的前6個(gè)截面繪制的結(jié)冰表面與干凈表面的表面輪廓線對(duì)比圖，如圖8所示.根據(jù)每個(gè)截面的結(jié)冰情況，對(duì)每個(gè)表面結(jié)冰的厚度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖9所示.

從圖8和圖9可以看出，葉根到葉梢方向，風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰厚度呈線性增長(zhǎng).這主要是因?yàn)槿~片結(jié)冰情況受葉片與空氣的相對(duì)速度影響，葉片上越靠近葉梢的部位，因葉片旋轉(zhuǎn)其線速度越大；在風(fēng)速不變情況下，較大的線速度引起結(jié)構(gòu)與水滴的撞擊量增大，導(dǎo)致結(jié)冰嚴(yán)重.NACA64-A17翼型屬于葉梢部位翼型，其結(jié)冰輪廓區(qū)域明顯增大.葉梢處結(jié)冰厚度最大，結(jié)冰使弦長(zhǎng)增加了15.67%，結(jié)冰主要集中在葉片前緣位置，尾緣下表面會(huì)產(chǎn)生輕微的結(jié)冰現(xiàn)象.葉片結(jié)冰情況與水滴撞擊量分布規(guī)律相符，撞擊量較大的部位造成的結(jié)冰量較多.由于葉片旋轉(zhuǎn)過(guò)程中每個(gè)截面與空氣來(lái)流方向形成非0° 攻角，同時(shí)翼型尾緣下表面處于迎風(fēng)側(cè)，在葉片旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)在葉片尾緣下表面處產(chǎn)生輕微結(jié)冰現(xiàn)象.

模具中傳感器可以對(duì)模具中的壓力和溫度進(jìn)行組合測(cè)量。來(lái)自Arburg注塑機(jī)制造公司的應(yīng)用技術(shù)部負(fù)責(zé)人Thomas Walther博士指出：“使用傳感器歸根結(jié)底就是為了使模腔內(nèi)的狀態(tài)可視化?！边@意味著加工人員可以通過(guò)傳感器獲知“黑匣子”內(nèi)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，機(jī)器操作人員則可通過(guò)模具傳感器直接獲取信息。

圖10～12為葉片各翼型結(jié)冰前后升、阻力系數(shù)對(duì)比圖.其中：為升力系數(shù).

在占卜和修辭推理的階段，人們不考慮必然因果這個(gè)最終的結(jié)論，而是說(shuō)把事情說(shuō)圓，故事編圓，讓人們相信就可以了。亞里士多德能夠首先提出必然因果的概念，真的很了不起。因?yàn)?，追索一件事的前因后果，就?huì)出現(xiàn)三種方式：

除了各剖面翼型結(jié)冰后的弦長(zhǎng)、表面形狀、積冰厚度外，還需將結(jié)冰后翼型的升力系數(shù)和阻力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)耦合到一體化風(fēng)機(jī)分析方法中.選取圖1(b)所示的3個(gè)截面NACA64_A17、DU25_A17、DU40_A17繪制升力系數(shù)和阻力系數(shù)曲線圖，并與文獻(xiàn)[22]給出的干凈翼型升、阻力系數(shù)進(jìn)行對(duì)比.一體化風(fēng)機(jī)分析方法考慮到風(fēng)機(jī)葉片處于動(dòng)態(tài)過(guò)程，風(fēng)速過(guò)大時(shí)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)對(duì)葉片進(jìn)行變螺距控制改變?nèi)~片翼型攻角，從而保證風(fēng)機(jī)安全且能達(dá)到最高發(fā)電效率.為此需要將各剖面翼型在-180° 到180° 攻角范圍內(nèi)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)全部計(jì)算出來(lái)，升、阻力系數(shù)采用-湍流模型進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)Selig and Eggars方法和Viterna方法對(duì)升、阻力系數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展和修正.

式中：為水滴直徑；=-為水滴和空氣之間的相對(duì)速度，為空氣速度；為阻力系數(shù).根據(jù)Schiller-Naumann方法，阻力系數(shù)計(jì)算如下：

隨著結(jié)冰厚度的增加，水滴部分不再和翼型表面接觸，而是與冰層表面接觸.結(jié)冰增長(zhǎng)模型主要通過(guò)液膜的質(zhì)量和能量守恒來(lái)控制結(jié)冰形成，結(jié)冰后將冰等效成結(jié)構(gòu)表面，此時(shí)忽略水滴與冰層接觸對(duì)結(jié)果的影響，水滴的凍結(jié)條件不發(fā)生改變.

3.2 一體化風(fēng)機(jī)計(jì)算結(jié)果

通過(guò)CFD方法對(duì)葉片結(jié)冰進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將各剖面翼型結(jié)冰后的弦長(zhǎng)、表面形狀、積冰厚度以及升、阻力系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算傳遞到一體化風(fēng)機(jī)分析發(fā)方法中.在一體化計(jì)算過(guò)程中，為研究結(jié)冰對(duì)海上風(fēng)機(jī)整體性能產(chǎn)生的影響，從3～24 m/s風(fēng)速區(qū)間中，以步長(zhǎng)為1 m/s選取22個(gè)風(fēng)速作為計(jì)算工況，將葉片結(jié)冰前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的多個(gè)性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析.

圖13和圖14為風(fēng)機(jī)葉尖和塔頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)時(shí)程曲線，包含8 m/s和21 m/s風(fēng)速工況下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng).其中，′為時(shí)域分析時(shí)間.風(fēng)機(jī)葉片受結(jié)冰影響導(dǎo)致葉片升力系數(shù)降低，圖13(a)和圖14(a)顯示風(fēng)機(jī)在達(dá)到額定功率前的8 m/s 風(fēng)速工況下，升力系數(shù)降低導(dǎo)致葉尖和塔頂縱蕩位移減小較為明顯，干凈葉片的縱蕩位移約為結(jié)冰葉片的2倍；葉尖和塔頂?shù)臋M蕩位移變化較少，結(jié)冰后橫蕩位移減少.圖13(b)和圖14(b)顯示，在 21 m/s 風(fēng)速工況下，葉片結(jié)冰后葉尖和塔頂縱蕩位移明顯增加，葉尖橫蕩位移也有所增加，與8 m/s風(fēng)速工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況相反.

圖15為風(fēng)力機(jī)結(jié)冰前后各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的對(duì)比，將計(jì)算的3～24 m/s風(fēng)速工況按葉片結(jié)冰前的風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)分為3個(gè)階段，分別為圖15中區(qū)域1、2、3.區(qū)域1為風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)階段，3 m/s≤<7.8 m/s，該區(qū)域用于設(shè)置發(fā)電機(jī)速度下限，以限制風(fēng)機(jī)運(yùn)行的速度范圍；區(qū)域2為優(yōu)化風(fēng)機(jī)功率階段，7.8 m/s≤≤11.4 m/s(額定風(fēng)速)，在該區(qū)域時(shí)葉片保持最佳的葉尖速比，風(fēng)機(jī)最大限度獲取風(fēng)能，逐步達(dá)到額定功率；區(qū)域3為變螺距控制器工作階段，11.4 m/s<≤24 m/s，該區(qū)域保持風(fēng)機(jī)在額定功率下工作.圖15(a)～15(c)葉片結(jié)冰前，轉(zhuǎn)子速度隨著區(qū)域2的風(fēng)速線性增加，以保持恒定的葉尖速比和最佳風(fēng)力轉(zhuǎn)換效率.發(fā)電功率和低速軸轉(zhuǎn)矩隨著區(qū)域2中的風(fēng)速顯著增加，分別呈3次和2次增加.在風(fēng)速11.4 m/s時(shí)達(dá)到額定值，高于額定功率時(shí)，發(fā)電功率通過(guò)變螺距控制調(diào)節(jié)到固定速度來(lái)保持恒定.而葉片結(jié)冰后，轉(zhuǎn)子速度、發(fā)電功率和低速軸轉(zhuǎn)矩隨風(fēng)速增加而增長(zhǎng)的趨勢(shì)變緩，額定值由于葉片結(jié)冰影響而后移，在風(fēng)速17 m/s時(shí)達(dá)到額定值，之后風(fēng)機(jī)才通過(guò)變距控制進(jìn)行調(diào)節(jié).葉片結(jié)冰明顯降低風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率，在8 m/s風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)發(fā)電效率降低了51.11%.

圖15(d)葉片結(jié)冰前葉片葉尖縱蕩位移在風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率(風(fēng)速為11.4 m/s)時(shí)達(dá)到最大值，隨后隨風(fēng)速增加，縱蕩減少，這種響應(yīng)特性是風(fēng)機(jī)在達(dá)到額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)子所受推力達(dá)到峰值，之后受到變螺距控制器影響，轉(zhuǎn)子所受推力隨風(fēng)速增加而降低所產(chǎn)生的；而葉尖橫蕩、塔頂縱蕩和橫蕩位移中，該響應(yīng)峰值也是可見(jiàn)的.塔頂橫蕩較小曲線不太明顯.對(duì)于結(jié)冰后的葉尖和塔頂響應(yīng)來(lái)說(shuō)，在風(fēng)速17 m/s時(shí)這些運(yùn)動(dòng)響應(yīng)達(dá)到峰值，而受到葉片結(jié)冰的影響，葉片受到的升力降低、阻力增大，導(dǎo)致葉尖縱蕩運(yùn)動(dòng)和橫蕩運(yùn)動(dòng)分別減少了32.98%和增加了25.59%，塔頂縱蕩運(yùn)動(dòng)減少了3.98%.

結(jié)合圖13～15可以看出，在風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率前，結(jié)冰導(dǎo)致風(fēng)機(jī)功率大幅度降低；額定功率后，風(fēng)機(jī)保持5 MW功率工作，此時(shí)葉片結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片和塔筒的運(yùn)動(dòng)增大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)產(chǎn)生額外振動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)安全產(chǎn)生不利影響.

4 結(jié)論

本文深入研究三維葉片旋轉(zhuǎn)結(jié)冰機(jī)理以及結(jié)冰對(duì)風(fēng)機(jī)整體動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響.基于NREL 5 MW導(dǎo)管架式海上風(fēng)機(jī)一體化三維數(shù)值模型，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)和風(fēng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，建立5 MW海上風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰耦合計(jì)算系統(tǒng).得到各剖面翼型結(jié)冰后的弦長(zhǎng)、表面形狀、積冰厚度、升力、阻力系數(shù)，以及發(fā)電功率、葉片受力和振動(dòng)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)塔筒振動(dòng)等性能，研究結(jié)冰過(guò)程及結(jié)冰后對(duì)風(fēng)機(jī)整體性能的影響.研究成果可為冰區(qū)一體化海上風(fēng)機(jī)安全性能以及覆冰狀態(tài)下整機(jī)功率損失的研究提供方法依據(jù)，具體結(jié)論如下：

4.2.2 基于基準(zhǔn)、粗放和集約利用等三種情景的各類用地面積SD模型仿真結(jié)果中城市土地利用預(yù)測(cè)總面積年均增長(zhǎng)率分別為0.305%、0.761%和0.163%，且其中年均用地面積占比最大的兩類建設(shè)用地是粗放利用方案中的住宅用地和交通運(yùn)輸用地面積，其值分別達(dá)到12.416%和10.090%；基于三種情景的SD-MOP模型的仿真結(jié)果中預(yù)測(cè)用地總面積年均增長(zhǎng)率分別為0.743%、2.551%和2.210%，且其中年均面積占比最大兩類建設(shè)用地則為粗放利用情景下的工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地和集約利用情景下的商服用地，其值分別達(dá)到16.924%和13.811%。

(1) 風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)使得葉尖處線速度最大，導(dǎo)致該處水滴撞擊量最多；三維葉片結(jié)冰厚度沿葉展方向呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)，與水滴撞擊量分布情況相吻合，葉尖處結(jié)冰最為嚴(yán)重.結(jié)冰主要集中在葉片前緣，尾緣處有輕微結(jié)冰.

(2) 葉片結(jié)冰導(dǎo)致葉片前緣外凸，葉片表面粗糙度增加.結(jié)冰后翼型的升力系數(shù)明顯降低，阻力系數(shù)增大，葉尖處積冰情況最為嚴(yán)重，導(dǎo)致葉尖的翼型升、阻力系數(shù)變化最大.NACA64-A17為葉梢翼型，其在 -180° 到180° 攻角范圍內(nèi)最大升力系數(shù)降低了49.02%，最大阻力系數(shù)增加了5.35%；0°攻角時(shí)升力系數(shù)降低了82.02%，阻力系數(shù)增加了214%.

(3) 對(duì)NREL 5 MW風(fēng)機(jī)結(jié)冰前后的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析得出，葉片結(jié)冰對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及性能的影響在風(fēng)機(jī)額定功率前后表現(xiàn)不同.達(dá)到額定功率前，風(fēng)機(jī)響應(yīng)主要表現(xiàn)為葉片受力減少，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)機(jī)發(fā)電功率嚴(yán)重降低；達(dá)到額定功率后，雖然風(fēng)機(jī)仍保持 5 MW 額定功率工作，但此時(shí)葉片結(jié)冰主要影響體現(xiàn)在葉尖和塔筒位移增大，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外振動(dòng)，風(fēng)機(jī)安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅.

(4) 對(duì)本文工況下葉片覆冰后的OC4風(fēng)機(jī)進(jìn)行一體化分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，結(jié)冰可以導(dǎo)致風(fēng)機(jī)發(fā)電功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩顯著降低.8 m/s風(fēng)速時(shí)風(fēng)機(jī)發(fā)電效率降低了51.11%，而該風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率所需風(fēng)速由原來(lái)的11.4 m/s變?yōu)?7 m/s，增大了44.7%.升力降低導(dǎo)致葉尖和塔頂縱蕩位移減少，阻力增加導(dǎo)致葉尖橫蕩位移額外增大，而塔頂橫蕩位移變化較小.