三电极脉冲沿面流光放电等离子体防破风力发电机叶片覆冰的方法与机制

基本信息
批准号:51877027
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:李杰
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王进君,彭邦发,郭贺,刘政妍,翟旺生,刘士强,阮云霞,刘美艺
关键词:
物理效应三电极结构脉冲沿面流光放电风力发电机防破叶片覆冰
结项摘要

As a clean and renewable energy, wind power has got the great attention of Chinese government and Chinese people. An effective technique of anti-icing and de-icing for wind turbine blade is very important to improve the stabile operation of wind power. According to the requirement of anti-icing and de-icing for wind turbine blade, the principle of the fast excited by nanosecond pulse and the coupling effect of electric field produced by three-electrode system, a method of anti-icing and ice-breaking for wind turbine blade using three-electrode pulsed surface streamer discharge plasma is proposed to enhance the discharge intensity and discharge stability in a mixture of high humidity air, ice or ice-water and achieving the effectiveness of anti-icing and ice-breaking for blade. It is developed from typical surface discharge system and the second grounded electrode is arranged on the same side of the original high-voltage electrode. Coupled electric field can be generated when the three-electrode system is excited by nanosecond pulse, which can induce surface streamer discharge plasma and cause series of physical effects such as heating, pressure wave and force via reinforcing the chemical reaction among the particles. As a result, the application performance of anti-icing and ice-breaking for blade using plasma is improved. The generation method of three-electrode pulsed surface streamer discharge plasma, the effect and influencing factors of anti-icing and ice-breaking for wind turbine blade will be investigated. In the end of the research, we hope to reveal the mechanism of anti-icing and ice-breaking of wind turbine blade using pulsed surface streamer discharge plasma through exploring the formation process of plasma physical effects via plasma diagnostics and numerical simulation. This project is expected to provide reference for the development of novel technology for anti-icing and de-icing of wind turbine blade.

风电作为清洁可再生能源受到我国政府和人民的高度重视,而有效防除风力发电机叶片覆冰技术,对提高风电稳定运行水平是非常重要的。本申请面向有效防除风力发电机叶片覆冰需求,针对提高沿面放电等离子体强度和在高湿空气、冰相或冰水混合环境下放电稳定发生与有效防破叶片覆冰的问题,依托纳秒脉冲快速激励和三电极电场耦合作用的原理,提出三电极脉冲沿面流光放电等离子体防破风力发电机叶片覆冰的方法,是在传统两电极配置的沿面放电电极结构基础上,于高压电极同侧加装第二接地电极构成三电极模式,在三电极之间施加纳秒脉冲高压形成耦合电场诱导沿面流光放电等离子体产生,增强等离子体中粒子间化学反应产生热、波和力等物理效应的能力,高效防破叶片覆冰。研究三电极脉冲沿面流光放电等离子体发生方法、防破叶片覆冰效果及其影响因素,通过物理效应形成过程的诊断与数值模拟,揭示等离子体防破叶片覆冰机制。目的是为研发新的防除叶片覆冰技术提供参考。

项目摘要

风力发电机叶片覆冰对其正常工作带来严重问题。沿面介质阻挡放电(SDBD)作为一种新型的除冰技术,由于能耗低、响应快和良好的除冰性能近年来受到学者们的青睐。基于此,本项目采用脉冲SDBD对覆冰进行有效破除。研究工作和结果如下:.1. 搭建了实验系统,提出并验证了三电极脉冲沿面介质阻挡放电防破覆冰的有效性。.2. 研究了传统两电极脉冲沿面流光放电等离子体特性。得到单次正脉冲放电由正电流对应的一次流光和负电流对应的二次流光组成。数值模拟得到了正电流由电子电流组成,负电流由离子电流组成;且发现残余表面电荷越多,抑制一次流光长度和发光强度越明显,但有利于反向电场的增强,进而增强二次流光强度。.3. 研究了三电极脉冲沿面流光放电等离子体特性。结果是三电极脉冲沿面流光放电较两电极脉冲沿面流光放电有更强的沉积能量和更高的激励器表面温度;流光发展图像显示三电极脉冲沿面流光放电除了包含一次流光和二次流光外,在一次流光到达第二接地电极后,形成了过渡流光。数值模拟得到第二接地电极的存在可导走放电产生的电荷,减少介质表面电荷积累,有利于过渡流光阶段电场增强。.4. 三电极脉冲沿面火花放电等离子体特性研究。放电时空演图像得到三电极脉冲沿面火花放电由一次流光、过渡流光和火花放电组成;发射光谱得到火花放电最大电子温度约为4.815 eV,火花放电阶段电子密度约为4.30-7.06×1017 cm-3。纹影仪和高马赫数流体模型分析发现了脉冲沿面火花放电能量的快速释放,放电区域温度急剧上升至约4000 K产生冲击波。.5. 脉冲沿面介质阻挡放电除冰过程的等离子体特性研究。实验结果表明三电极脉冲沿面火花放电可有效破除表面明冰,破冰过程可分为三个放电阶段:电晕放电、流光放电和沿面火花放电;沿面火花放电的产生诱导强烈的冲击波破碎明冰。根据放电过程所测发射光谱谱线,计算得到电子密度约为2.08×1017 cm-3。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

资本品减税对僵尸企业出清的影响——基于东北地区增值税转型的自然实验

资本品减税对僵尸企业出清的影响——基于东北地区增值税转型的自然实验

DOI:10.14116/j.nkes.2021.03.003
发表时间:2021

李杰的其他基金

批准号:11701231
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11305164
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51675494
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51309233
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671289
批准年份:2016
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81001518
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21206174
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31400597
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1960110
批准年份:2019
资助金额:58.00
项目类别:联合基金项目
批准号:31670357
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31500887
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31402346
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278389
批准年份:2012
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:81772601
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:30700014
批准年份:2007
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802344
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505015
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51148002
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51538010
批准年份:2015
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
批准号:41601060
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11475235
批准年份:2014
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:30960106
批准年份:2009
资助金额:17.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41572348
批准年份:2015
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:81700932
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71572107
批准年份:2015
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:81774289
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:40672110
批准年份:2006
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:11172240
批准年份:2011
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30960471
批准年份:2009
资助金额:24.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41374030
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81672532
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61471147
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:91015007
批准年份:2010
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81771843
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51068015
批准年份:2010
资助金额:31.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31460250
批准年份:2014
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31000179
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40903007
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41807107
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51802310
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81273946
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51177007
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41406069
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11102109
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61675161
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61801176
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30070646
批准年份:2000
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
批准号:51504080
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21306104
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60404003
批准年份:2004
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51575500
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:10772148
批准年份:2007
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:61575083
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81571949
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:40972224
批准年份:2009
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:81801424
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41275138
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81700841
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600839
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41173038
批准年份:2011
资助金额:79.00
项目类别:面上项目
批准号:51374008
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81360520
批准年份:2013
资助金额:47.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81172331
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:30972890
批准年份:2009
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:61801279
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41874015
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:51477025
批准年份:2014
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
批准号:81473463
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:11572194
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:90715033
批准年份:2007
资助金额:200.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41673008
批准年份:2016
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:20177015
批准年份:2001
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:81302668
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81870987
批准年份:2018
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:50948008
批准年份:2009
资助金额:15.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61602340
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21602083
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61205187
批准年份:2012
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81302417
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51708391
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50804001
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50905169
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81172358
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11004085
批准年份:2010
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81060328
批准年份:2010
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:20377006
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:31760592
批准年份:2017
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81701302
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19772034
批准年份:1997
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:21706003
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51679249
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81072802
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:41701400
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673156
批准年份:2016
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:E0524812
批准年份:2005
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81202681
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59573020
批准年份:1995
资助金额:9.00
项目类别:面上项目
批准号:40805051
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673963
批准年份:2016
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:21902106
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61401160
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1660116
批准年份:2016
资助金额:54.00
项目类别:联合基金项目
批准号:30471050
批准年份:2004
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:51904185
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59078320
批准年份:1990
资助金额:3.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

风力发电机叶片覆冰与防冰除冰的基础问题研究

批准号:51377180
批准年份:2013
负责人:胡琴
学科分类:E0705
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
2

叶片覆冰对风力发电机气动性能和功率特性的影响

批准号:51677014
批准年份:2016
负责人:舒立春
学科分类:E0705
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
3

酸性湿沉降覆冰环境下沿面放电物理过程及应用研究

批准号:59677017
批准年份:1996
负责人:顾乐观
学科分类:E0705
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
4

在覆冰、污秽、气压综合作用下沿面交、直流放电的研究

批准号:58770315
批准年份:1987
负责人:孙才新
学科分类:E0706
资助金额:4.50
项目类别:面上项目