涂层材料性能对水滴高速撞击风力机叶片的影响分析

摘要

风力机叶片在运行期间容易受到雨滴的反复撞击而发生侵蚀，侵蚀会影响风力机的气动及结构性能，降低机组年发电量并增加维修成本。为此，建立流固耦合模型，模拟直径2 mm的单个水滴以100 m/s的速度垂直撞击具有不同表面涂层的涂层系统，分析材料性能对撞击响应的影响。结果表明：水滴撞击杨氏模量越大的涂层材料，水滴的初始压缩阶段更短，横向喷射更强，接触力更大。当涂层材料的杨氏模量增加时，水滴撞击导致材料中的应力水平增加，表面瑞利波更明显。因此，杨氏模量低的材料对撞击的响应更好，可减少撞击表面的应力并抑制应力波。该结果可以为开发更能抵抗高速水滴反复撞击的风力机叶片表面涂层提供指导。

关键词

风力机叶片 / 涂层 / 材料性能 / 水滴 / 高速撞击

基金资助

六盘水市科技发展项目“基于SPH-FEM耦合方法的风力机前缘雨蚀机理研究”（52020-2023-0-2-16）