科技文献阅读题
（9题）
根据题目要求，进行作答。
材料1
近年来，极端天气气候事件呈现频发、广发、强发和并发的趋势，风力发电机覆冰问题频频出现。多地风电场风力发电机组出现的问题中，70%以上与叶片覆冰有关。随着风力发电机组数量和装机容量稳步上升，极端天气下风力发电机覆冰极有可能引发大面积停电事故，严重影响新型电力系统建设。系统地研究叶片覆冰形成机制和防除冰策略，对新型电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
风机叶片覆冰的形成机制
风力发电机叶片表面覆冰是水在特定环境下产生的物相变化。大气层中的过冷却水滴(温度低于0℃)稳定性很差，遇到凝结核时过冷却水滴会快速凝结成冰。当环境中湿度较大并且温度低于0℃时，空气中的过冷却水滴与风机叶片碰撞就形成了覆冰。风机叶片表面覆冰是耦合相变复杂传热过程。由于叶片表面温度低于过冷却水滴温度，当水滴与叶片发生碰撞时，叶片表面会快速吸收水滴在凝固过程中释放的热量，过冷却水滴就在叶片表面迅速覆冰。因风机叶片处于旋转状态，空气中过冷却水滴将与叶片前缘迎风面发生碰撞，水滴内部平衡被破坏，风机叶片表面更容易覆冰。在一定的环境湿度情况下，如果风机保持运行状态，叶尖相对速度大，相应的叶片表面换热系数就大，过冷却水滴及湿雪在叶片表面的堆积速率增加,从而导致叶片运行过程中更容易加剧结冰。
风电场所处典型地形及其对风机覆冰的影响
我国南方山区风能资源丰富，地形条件复杂，风电场地形具有山脉分布零散、相对高差较大、山体陡峭、水体分布广泛等特点。微地形微气候易受山脉走向、坡向和分水岭等地形因素影响，风力发电则对微地形微气候条件非常敏感。风电场微地形微气候覆冰的典型因素多样，包括垭口、高山分水岭、水汽凝结、地形抬升等。绵延的山脉形成垭口，垭口处气流集中，两侧风速增大垭口两侧风机易形成覆冰；高山分水岭处，含有过冷却水滴的气团在风力作用下沿迎风坡侧上升而发生绝热膨胀，过冷却水滴含量增加导致风机覆冰量增加；较大的江湖水体附近，空气中水汽较多，寒潮入侵时更易出现风机严重覆冰现象；丘陵地区突峰、盆地、台地等地貌易形成沿坡上升的冷空气，位于地形抬升处的风电场则更易在低温凝冻天气下形成严重覆冰。
受不同地形条件、气候环境的影响，风机叶片会形成质地不同、形状各异的覆冰。影响风机运行的结冰类型主要有云中覆冰和降水覆冰。云中覆冰是指过冷却水滴高速拍打在风机表面而冻结成冰。云中覆冰分为明冰和霜冰。明冰形成的速度较慢，过程较长，相对密实，呈透明色，附着力大。由于明冰冰型不规律、附着力大、不易脱落，对叶片气动影响严重。霜冰形成较快，冰粒之间充满空气，呈乳白色。霜冰形状较光滑，附着力小，较易脱落，对气动影响过程缓慢。降水覆冰主要指融雪在低温下重新冻结成冰。融雪在低温下重新冻结后，附着力介于明冰与霜冰之间，对气动的影响也介于两者之间，相应防除冰技术措施也存在差异。
覆冰对风力发电机组的影响
叶片覆冰以后，叶片的空气动力特性发生变化，对机组载荷的影响主要表现在以下方面：一是发电量降低。覆冰重量、分布、不规则脱落等均会影响风机输出功率，叶片阻力沿轴向呈指数增长，叶尖升力也会因覆冰至少降低40%。轻微覆冰时叶片输出功率下降5%~15%，严重覆冰时叶片转矩降为零，导致风力发电机组停机。二是叶片固有频率降低。覆冰会影响叶片整体结构，叶轮质量分布不均，当叶片频率接近机组系统共振频率时可能发生共振。三是疲劳载荷增加。叶片旋转平面内形成的不平衡弯矩传递至塔底，导致塔底左右方向的载荷幅值比无覆冰状态下大，相同寿命时间及循环次数下的等效疲劳载荷增加。四是机械磨损增加。低温环境会影响润滑油流动性，导致机械磨损进而影响变速器寿命。
此外，覆冰所带来的冰块附加重量和升阻系数的巨大变化，会使得整机的静载和动载明显增加，极有可能最终引发极限超载，导致叶片断裂甚至机组倾覆。在化冰期间，随着环境温度上升引起覆冰融化，伴随叶片的高速运行，叶片表面冰块甩出可能会造成严重的安全事故，威胁附近居民的人身财产安全。
风机叶片应对低温凝冻天气的防除冰策略
在应对叶片结冰的问题上，人们尝试了各种方法。目前常见的风机叶片防除冰技术包括以下6种：一是电加热除冰，加热元件置于叶片表面，将叶片表面温度加热到0℃以上，叶片表面出现水膜，通过离心力和叶片振动实现脱冰。二是气热除冰，通过加热叶片内腔空气，再将热量传导至叶片外表面实现除冰。三是机械除冰，通过机械方法将冰击碎，依靠叶片转动和气流实现除冰。四是气动带除冰，通过叶片前缘的膨胀管或膨胀带膨胀震碎冰层实现除冰。五是喷洒化学药品，表面喷洒化学药品降低冰点实现防除冰。六是涂层防冰，在叶片表面涂覆防冰涂料降低冰与叶片表面的附着力，从而实现防冰。
防冰有限，除冰很难，目前单一的防除冰技术均存在一定的局限性。电加热和气热除冰产生的水膜可能在叶片后缘再次冻结，气热除冰过程还需耗费大量风机自用电，且在超过60米的叶片中存在功率瓶颈。机械除冰效率低、工作强度大，还可能导致叶片损坏。气动带除冰会改变叶片表面气动性能。喷洒化学药品具有短暂时效性，但可能污染空气和土壤。涂层防冰仅适合作为辅助手段。因此，单一的防除冰技术不能从根本上解决叶片覆冰问题，也难以满足多样化的应用需求。未来的风机防除冰系统需要各种防除冰技术相结合，如“电加热除冰+涂层防冰”“电加热除冰+机械除冰”“机械除冰+涂层防冰”“气热除冰+涂层防冰”等等，根据不同地区覆冰类型及特点，制定对环境无害且经济高效的防除冰策略。
现有实践表明，在叶片前缘覆冰不严重的情况下，风机仍然可以继续发电，此时可以通过控制手段让风机自适应到最佳的控制参数，以提高发电量。这样的控制方法是否安全有效，很大程度上取决于能否准确判断叶片结冰状态和程度。目前市场上已有的技术还无法针对风机的气动特性做出判断和优化控制。新近研发的智能感知技术通过融合风机转速、桨角、功率和振动等各方面信息再结合风机叶片气动预测模型，可综合判断叶片覆冰的状态，能在30分钟之内判断叶片是否结冰，并根据覆冰程度来启动智能调整策略，优化覆冰叶片的发电性能。当智能感知技术发现叶片覆冰程度已经影响风机安全时，会让风机主动停机。这样既能最大程度地挽回发电量，又保证了风机的安全运行。针对叶片覆冰问题，需要详细考虑成本和收益的关系，不能盲目地要求增加叶片抗冻性投入，智能控制或可成为应对叶片结冰问题的有效方案之一。
1题
判断题：请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂作答，正确的涂“A”，错误的涂“B”。
（1）我国南方地区风能资源丰富，适合发展风力发电。（3分）
正确
错误
答案：错误
2题
判断题：请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂作答，正确的涂“A”，错误的涂“B”。
（2）江湖水体附近的水汽较多，容易发生降水覆冰。（3分）
正确
错误
答案：错误
3题
判断题：请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂作答，正确的涂“A”，错误的涂“B”。
（3）霜冰形状较光滑，其形成速度比明冰更快。（3分）
正确
错误
答案：正确
4题
判断题：请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂作答，正确的涂“A”，错误的涂“B”。
（4）风电场微地形微气候覆冰的共同因素是随地形抬升产生冷空气聚集。（3分）
正确
错误
答案：错误
5题
判断题：请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂作答，正确的涂“A”，错误的涂“B”。
（5）极端天气频发会影响风力发电机组的安全运行。（3分）
正确
错误
答案：正确
6题
不定项选择题：备选项中至少有一个符合题意，请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂正确选项的序号，错选、少选均不得分。
（1）关于风机叶片覆冰的形成，下列说法正确的是（ ）（3分）
A、是过冷却水滴在特定条件下发生的物相变化
B、风机叶片表面的温度低于过冷却水滴的温度
C、过冷却水滴凝固会吸收叶片表面释放的热量
D、风机叶片旋转时比静止状态更容易产生覆冰
答案：ABD
7题
不定项选择题：备选项中至少有一个符合题意，请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂正确选项的序号，错选、少选均不得分。
（2）关于风机叶片防除冰技术，下列说法正确的是：（ ）（4分）
A、智能感知技术在解决风机叶片防除冰问题上表现优异
B、电加热除冰时产生的水膜因离心力会在叶片后缘凝结
C、机械除冰和气动带除冰均会造成风机叶片表面的损坏
D、气热除冰的过程需要经过风机叶片由内至外的热传导
答案：D
8题
不定项选择题：备选项中至少有一个符合题意，请用2B铅笔在答题卡相应的题号后填涂正确选项的序号，错选、少选均不得分。
（3）关于覆冰对风力发电机组的影响，下列说法正确的是：（ ）（4分）
A、叶尖升力因覆冰降至40%时会导致风力发电机组停机
B、叶片与机组系统发生共振时说明叶片固有频率降低了
C、风机塔底疲劳载荷增加是因为低温影响润滑油流动性
D、覆冰带来的额外重量可能最终导致风力发电机组倾覆
答案：BD
9题
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要求：全面、准确，条理清楚，不超过300字。
参考答案
摘要：本文介绍了风机覆冰现象。一、形成机制：当环境中湿度较大且温度低于0℃时，空气中的过冷却水滴与风机叶片碰撞形成覆冰。二、地形影响：在垭口处、高山分水岭处、水汽凝结处、地形抬升处等典型地形更易出现风机覆冰且更严重。不同地形、气候会形成不同覆冰类型对叶片气动造成影响。三、影响机组：降低发电量及叶片固有频率；增加疲劳载荷及机械磨损，还可能导致叶片断裂甚至机组倾覆。四、应对策略：现有技术有电加热除冰、气热除冰、机械除冰、气动带除冰、喷洒化学药品防除冰、涂层防冰。但单一技术存在局限性，需要多种技术结合，制定针对性防除冰策略；还需对风机的气动特性做出判断和优化控制，智能感知技术或可有效应对。
