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Effects of the particle Stokes number on wind turbine airfoil erosion

Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2018年第5期39卷 639-652页

作者： Deshun LI Zhenxi ZHAO Yinran LI Qing WANG Rennian LI Ye LI College of Energy and Power Engineering Lanzhou University of TechnologyLanzhou 730050China Gansu Provincial Technology Centre for wind Turbines Lanzhou 730050China Gansu Provincial Key Laboratory of Fluid Machinery and Systems Lanzhou 730050China State Key Laboratory of Ocean Engineering School of Naval ArchitectureOcean and CivilShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China

Under natural conditions, wind turbines are inevitably eroded by the action of sand-wind flow. To further investigate the effects of dust drift on the erosion of the wind turbine blades in sand-wind environments~ the effects of the wind velocity, particle diameter, and particle density on the erosion of wind turbine airfoils are studied, and the effects of the particle Stokes number on the airfoil erosion are discussed. The results show that, when the angle of attack （AOA） is 6.1~, there will be no erosion on the airfoil surface if the particle Stokes number is lower than 0.013 5, whereas erosion will occur if the particle Stokes number is higher than 0.015 1. Therefore, there exists a critical range for the particle Stokes number. When the particle Stokes number is higher than the maximum value in the critical range, airfoil erosion will occur. The result is further confirmed by changing the particle diameter, particle density, and inflow speed. It is shown that the erosion area on the airfoil and the maximum erosion rate are almost equal under the same particle Stokes number and AOA. The extent of airfoil erosion increases when the particle Stokes number increases, and the critical particle Stokes number increases when the AOA increases. Moreover, the geometric shape of the airfoil pressure surface greatly affects the airfoil erosion, especially at the curvature near the leading edge.

关键词： wind turbine airfoil erosion Stokes number sand-wind environment

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