[发明专利]一种多时间步非定常结冰计算方法、系统及存储介质

权利要求书

1.一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：读入流场和云雾场信息；

步骤S2：计算叶片展向不同截面位置的相对入流风速和相对入流迎角α_rel；

步骤S3：计算二维翼型当地液态水收集系数；

步骤S4：计算液膜结冰相变；

步骤S5：根据覆冰构型，通过网格变形计算，更新数值计算网格，开始下一时间步的结冰计算；其中，风轮平面诱导速度更新时间步为ΔT₁，当地翼型覆冰流场更新时间步为ΔT₂，ΔT₃取为当地覆冰翼型收集系数更新时间步或者当地液膜运动时间步长，ΔT₁ΔT₂ΔT₃；

其中，在步骤S2中，基于自由尾涡升力线模型计算流场信息计算所述相对入流风速和所述相对入流迎角α_rel：

其中，为无穷远来流风速，为第i个自由尾涡段对当前翼型截面位置的诱导速度，n为尾涡段总数，为当地叶片翼型单元的运动速度，和分别为相对入流风速在风轮旋转平面及垂直风轮旋转平面内的速度分量，θ为翼型当地扭角，Γ_i为第i个自由尾涡段的涡量强度，K_v为自由尾涡段的粘性影响参数，和分别为自由尾涡段两端到当前翼型截面气动中心的向量，C_L为升力系数，c为当地翼型弦长，r_e为尾涡的经验半径，r_e采用RamasamyLeishman有效涡核模型进行计算，r为自由尾涡段中心位置到当前翼型截面气动中心的距离，为无量纲，m为经验参数，m＝2。

2.如权利要求1所述的一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，在步骤S2中，基于拉格朗日方法或欧拉方法计算二维翼型当地液态水收集系数。

3.如权利要求1所述的一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，在步骤S4中，利用有限面积方法进行液膜结冰相变的计算：

其中t为时间，h为计算单元的液膜厚度，为液膜内的平均速度，η为当地固壁的法向坐标，为C_s的边界法向量，S_Cs为C_s的投影面积，L为C_s的边界线长度，为质量源项，包括液滴撞击、液膜蒸发和液膜冻结引起的质量源项改变量，下标i取C_s的所有边界面，ζ为因曲线坐标变换产生的形状因子，为重力加速度，和分别为作用于液膜自由面和底面的剪切作用力，P_w为液膜压力，δ为表面张力系数，ρ_w为液膜密度，为撞击液滴带来的动能及内能，为液膜与气流场之间的对流换热，为液膜蒸发带走的能量，为液膜冻结产生的潜热，和分别为液膜运输相关的能量传入项及传出项。

4.如权利要求3所述的一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，所述质量源项、所述能量传入项及传出项来自于拉格朗日结冰计算方法或欧拉结冰计算方法。

5.如权利要求1所述的一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，在步骤S5中，ΔT₂采用以下方程计算：

其中C₁取为0.01，ρ_ice为覆冰密度，c为当地翼型弦长，LWC为液态水含量。

6.如权利要求1所述的一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，其特征在于，在步骤S5中，ΔT₁＝20ΔT₂。

7.一种适用于风力机的多时间步非定常结冰计算系统，其特征在于，用于执行如权利要求1至6中任一项所述的适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法。

8.一种存储介质，其特征在于，存储有如权利要求1至6中任一项所述的适用于风力机的多时间步非定常结冰计算方法，或者存储有如权利要求7所述的适用于风力机的多时间步非定常结冰计算系统。