金属材料风力涡轮叶片液滴冲击的空化侵蚀基础研究

雨蚀是风力发电发展中的一个关键问题，因为它限制了风力涡轮叶片的使用寿命。为了阐明金属材料风力涡轮叶片的侵蚀启动机制，研究了铝材料A3003和退火A5052的光滑湿壁上的坑洞形成和侵蚀启动；使用脉冲喷射测试仪将水滴冲击壁面；并通过考虑水膜对壁面的影响进行理论和数值研究。尽管理论和数值的冲击压力远低于材料的偏移屈服强度，但在目标材料上观察到了随机的坑洞形成和侵蚀启动。为了阐明其中原因，基于液滴冲击湿壁的数值压力分布调查了空化侵蚀的发生。数值结果表明，液滴中心和水膜中的压力降至饱和蒸汽压力以下，暗示空化侵蚀的发生。此外，在空化侵蚀条件下的声学空化测试中也观察到了壁材料的类似坑洞形成和侵蚀启动。这些结果表明，坑洞的形成可能是由于液滴冲击湿壁时微射流机制所造成的高冲击压力。这可能可以解释实际风力涡轮叶片上侵蚀更加严重的机制。