CN104180980A - 一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法，目的在于解决现有的风力机结冰探测方法中外形的设计只能针对设计风速条件下，如果来流不在设计风速条件下时，误差较大，且应用受限的问题。该探测器包括柱体、传感器，柱体包括前端、与前端光滑相连的后端，前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，传感器分别设置在圆弧端处。本发明的外置式风力机结冰探测器独立于风力机之外，同时结合其上的结冰信息以及风力机本身控制系统上的相关信息，根据气象条件、外置式风力机结冰探测器结冰信息与风力机结冰之间的相关性处理系统，将外置式风力机结冰探测器上的结冰数据外推得到风力机上的结冰分布情况。本发明安装方便，适应性强。

Description

一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法

技术领域

本发明涉及结冰探测领域，尤其是风力机结冰探测领域，具体为一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法。

背景技术

随着全球能源需求和环境污染形势的日益严峻，发展可再生能源已成为世界各国科技发展的战略需求。由于风能具有易于获得、可再生、无污染、潜力巨大等特点，因而其是可再生能源中近期最有前景的大型能源。据专家估计，风电将在2020年之后超过核电成为第三大主力发电电源；2050年可能超过水电，成为第二大主力发电电源。

我国疆域辽阔，气象条件复杂，风资源蕴藏巨大，其中主要集中在我国的“三北”(东北、华北、西北)地区。而这些地方在冬季都存在风雪霜冻现象，给风力机的运行带来了极大危害，甚至波及电网的安全运行。在高海拔、湿冷环境下，运行的风力机冬季经常出现严重的表面结冰现象，而风力机叶片的结冰会严重影响风力机的气动性能和运行安全，给风力机带来极大危害。而目前，在风力机叶片结冰状态检测领域的研究和应用还处于初期阶段，缺乏有效的风力机叶片结冰检测工具，难以对风力机叶片结冰进行实时监测。因此，发展风力机叶片结冰的监测系统，及时准确获取风力机叶片的结冰状态，并根据结冰情况进行有效预警，控制和消除结冰对风力机的危害，对风力发电事业具有很重要的意义。

为对风机进行结冰检测，当前通常采用以下途径和方法。

1、依靠工作人员用望远镜等设备在地面进行观测。

由于风电场面积十分广阔，受地形、风向等因素的影响，风电场中各风力机的结冰现象呈现显著的不均匀性，也难以通过抽样监测的方式来对风电场内所有风机叶片的结冰情况进行判断。

同时，面对高高耸立的风力机塔和旋转中的叶片，如果没有检测工具，仅凭人在地面观测也是十分困难，而对风电场内风机进行逐一人工监测更是一个事倍功半的事情，不仅费时费力，且成效较差。

2、将结冰传感器嵌入至风力机叶片上，通过传感器检测叶片上的结冰情况。采用该方式能够得到比较准确的结冰信息，而且可以全天候监测结冰。其不足之处是需要在完整的叶片上打孔，或者在叶片生产时预留加工孔，这不但会带来额外的制造加工负担，还会破坏叶片的完整性，降低部件的抗疲劳性能。

3、美国goodrich等公司，采用外置的探测方式检测叶片上的结冰情况。然而，其仅仅根据探测器的极限结冰值来判断叶片是否出现结冰，不能给出叶片不同位置处的结冰分布情况，也不能满足相应探测要求。

综上所述，当前的风力机结冰探测方式存在人工观测等方式效果很差、叶片本身安装传感器的方式会破坏叶片结构、Goodrich等公司的现有外置探测方式仅能给出有无结冰的判断而不能给出结冰分布等详细信息等局限，导致风力机结冰的探测效果均不佳。

因此，目前迫切需要一种新的装置或方法以解决上述问题。

发明内容

针对该问题，申请人的团队曾发表文章公开过一种外置式风力机结冰探测器的设计方法，其可以根据设计的不同曲率半径处的水滴收集系数的关系，找到相应的探测点，并结合结冰分析技术，给出叶片不同位置处的结冰分布情况。图1中给出了其中的风力机结冰探测器的结构示意图。

然而，该方法存在如下几方面局限。首先，该方法中外形的设计只能针对设计风速条件下，如果来流不在设计风速条件下时，误差较大。其次，如图1所示，该方式是通过外形的曲率连续变化，需要结合探测器的水滴撞击特性与风力机的水滴撞击特性的对比分析，才能找到合适的传感器安装点，刚好使得其水滴收集率之比满足一定的关系，这就需要针对不同的风力机设计不同的外形，寻找不同的传感器安装方式，这也限制了其的应用。

为此，申请人在前期研究的基础上，进行了进一步研究，最终得到了本发明的技术方案。

针对上述存在的问题，本发明提供一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法。本发明的外置式风力机结冰探测器独立于风力机之外，同时结合其上的结冰信息以及风力机本身控制系统上的相关信息，根据气象条件、外置式风力机结冰探测器结冰信息与风力机结冰之间的相关性处理系统，将外置式风力机结冰探测器上的结冰数据外推得到风力机上的结冰分布情况。本发明安装方便，不需改变风力机的气动布局和整体结构，且通用性好，同一种结构可适用于任意风力机。本发明的方法综合了气候条件的计算与分析，能适用于不同的风速、液态水含量等气候条件，可用于安装在不同地域的风力机上，同时本发明还耦合了结冰分析技术，可实时检测风力机叶片上的结冰情况，并能给出叶片不同部位的结冰分布情况，可用于风力机结冰下的安全防护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种外置式风力机结冰探测器，包括柱体、传感器，所述柱体包括前端、与前端光滑相连的后端，所述前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，所述传感器分别设置在圆弧端处。

所述柱体为一个，所述柱体的前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端。

所述柱体为至少两个，单个柱体的前端上设置有至少一个圆弧端，至少有两个圆弧端的半径不同。

所述柱体为两个，单个柱体的前端分别设置有两个不同半径的圆弧端，所述两个柱体相同。

所述前端与后端采用活动连接或固定连接。

所述前端与后端采用一体成型。

采用前述外置式风力机结冰探测器的风力机结冰探测方法，包括如下步骤：

(1)设计外置式风力机结冰探测器，其包括柱体、传感器，柱体包括迎风的前端、与前端光滑相连的后端，前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，传感器分别设置在圆弧端处；

(2)将步骤1中的外置式风力机结冰探测器设置在风力机上；

(3)选取风力机不同风速、不同过冷水滴平均粒径下的典型状态，通过计算，得到不同状态下风力机叶片各处的水滴收集率分布情况；

(4)采用计算或者实验的方法，得到不同水滴平均粒径、来流风速条件下，外置式风力机结冰探测器不同半径圆弧端的水滴收集率；

(5)根据步骤4的结果，得到水滴平均粒径、来流风速、水滴收集率之比这三个变量之间的相互对应关系曲线；

(6)通过外置式风力机结冰探测器得到不同半径圆弧端的结冰厚度，不同半径圆弧端的水滴收集率之比等于结冰厚度之比；

(7)测定得到风速；

(8)基于步骤5得到的关系曲线，根据不同半径圆弧端处水滴收集率之比和步骤7测定的风速这两个量，采用插值的方法，得到空气中的过冷水滴平均粒径；

(9)基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径，插值得到对应的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律；

(10)基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径，插值得到对应的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律；

(11)根据步骤9得到的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律、步骤10得到的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律、步骤6得到的不同半径圆弧端的结冰厚度，可以得到风力机叶片上的结冰分布规律。

所述步骤1中，柱体为两个，两个柱体的外形相同，单个柱体的前端分别设置有两个不同半径的圆弧端。

如前所述，图1中给出了申请人在先公开文章中风力机结冰探测器的结构示意图。其通过外形的曲率连续变化，需要结合探测器的水滴撞击特性与风力机的水滴撞击特性的对比分析，才能找到合适的传感器安装点，刚好使得其水滴收集率之比满足一定的关系，这就需要针对不同的风力机设计不同的外形，寻找不同的传感器安装方式，因而也导致了前述局限性的存在。

针对这一问题，本发明提供一种外置式风力机结冰探测器及风力机结冰探测方法。本发明的方法通过探测器自身的关系，即可得到来流风速及水滴平均粒径信息，同一种外形和同一种传感器安装方式可适用于任意风力机，有效克服了在先探测器存在的局限。

申请人在研究过程中发现，前期公布的外置式方式通用性较差、忽略了风速的影响，该方法没有结合风速信息，外形的设计只能针对设计风速条件下，如果来流不在设计风速条件下时，误差较大。对此，申请人进行了改进。

本发明的方法由三部分组成：探测器外形及传感器安装位置的设计方法；基于传感器位置的结冰信息求取气象条件的方法；由传感器位置的结冰信息及气象条件求风力机叶片的结冰分布的计算方法。本发明首先设计外置式风力机结冰探测器，其包括柱体、传感器，柱体包括迎风的前端、与前端光滑相连的后端，前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，传感器分别设置在圆弧端处。两个不同半径的圆弧端是传感器设计的关键，传感器的位置位于圆弧端内，结冰探测器独立于风力机上即可。其次，由于风力机各处的水滴收集率分布规律只与风速以及水滴平均粒径这两个参数相关。因此，本发明选取风力机不同风速、不同过冷水滴平均粒径下的典型状态，通过计算得到不同状态下风力机叶片各处的水滴收集率分布情况。然后，采用计算或者实验的方法，得到不同水滴平均粒径、来流风速条件下，外置式风力机结冰探测器不同半径圆弧端的水滴收集率。再根据步骤4的结果，得到水滴平均粒径、来流风速、水滴收集率之比这三个变量之间的相互对应关系曲线。通过外置式风力机结冰探测器得到不同半径圆弧端的结冰厚度，不同半径圆弧端的水滴收集率之比等于结冰厚度之比。进而测定风速，可通过风力机控制系统自带的风速测试仪器得到风速。再基于步骤5得到的关系曲线，根据不同半径圆弧端处水滴收集率之比和步骤7测定的风速这两个量，采用插值的方法，得到空气中的过冷水滴平均粒径。同时，基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径，插值得到对应的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律。基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径两个条件，插值得到对应的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律。最后，根据步骤9得到的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律、步骤10得到的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律、步骤6得到的不同半径圆弧端的结冰厚度，可以得到风力机叶片上的结冰分布规律。

风力机在湿冷环境下运行时可能会发生结冰现象，结冰会给风力机的运行带来极大危害，甚至波及电网的安全运行。而本发明的外置式风力机结冰探测器，可用于探测风力机叶片上的结冰分布信息，为风力机结冰提供预警信息，从而对运行中的风力机结冰情况进行实时监测和预警。同时，本发明提供的风力机结冰探测方法能够结合外置式结冰探测器上的结冰信息以及风力机本身控制系统上的风速信息，将探测器上的结冰数据外推得到风力机上的结冰分布情况，可给出叶片不同部位的结冰分布情况；该方法可根据探测器自身不同部位的结冰情况得到空气来流中的水滴平均粒径，不需要针对特定的风力机外形单独设计探测器外形。

本发明的外置式风力机结冰探测器可直接放置在风力机上，安装方便，不需改变风力机的气动布局和整体结构；本发明综合了气候条件的计算与分析，能适用于不同的风速、液态水含量、不同水滴直径等气候条件，可用于安装在不同地域的风力机上；同时，本发明具有较好的通用性，同一外置式风力机结冰探测器可适用于任意风力机，适应性强；本发明耦合了结冰分析技术，可实时检测风力机叶片上的结冰情况，并能给出叶片不同部位的结冰分布情况，根据结冰情况，采取相应措施，可用于风力机结冰下的安全防护。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1)本发明将传感器集成在独立于风力机之外的外置式风力机结冰探测器上，结合外置式风力机结冰探测器上的结冰信息以及风力机的风速等相关信息，通过外推得到风力机上的结冰分布情况，是风力机结冰领域的创新；

2)本发明采用两个不同半径的圆弧端驻点处在不同条件下过冷水滴收集系数与平均粒径的关系，综合风力机控制系统上读取的风速信息，得到来流水滴平均粒径，也是一种创新；

3)本发明的通用性好、适应性强，同一种外置式风力机结冰探测器可适用于任意风力机，可根据外置式风力机结冰探测器自身不同半径圆弧端的结冰情况得到空气来流中的水滴平均粒径，外置式风力机结冰探测器的外形不依赖于风力机的种类，不需要针对特定的风力机外形单独设计，具有创新性；

4)本发明通过外置式风力机结冰探测器得到的气象条件及其本身的结冰厚度，基于不同状态下风力机叶片各处的水滴收集系数分布情况，得到风力机叶片上各处实时的结冰分布情况，这也是风力机结冰领域的一次创新；

5)本发明适应性强，通用性好，测定结果准确，能够为风力机的结冰防护提供准确的数据支持。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为现有风力机结冰探测器的结构示意图。

图2是实施例1中外置式风力机结冰探测器的主视图。

图3是实施例1中外置式风力机结冰探测器的俯视图。

图4为图2中左侧柱体的示意图。

图5为图2中左侧柱体的示意图。

图6为图4中第一探测器处的截面图。

图7为图4中第二探测器处的截面图。

图8为图5中第三探测器处的截面图。

图9为图5中第四探测器处的截面图。

图10为一种外置式风力机结冰探测器的截面图。

图11为天气状态与收集率的关系曲线图。

图12为风力机叶片上的结冰分布。

图13为图2的简化结构示意图。

图中标记：1为第一探测器，2为第二探测器，3为第三探测器，4为第四探测器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一、本发明首先设计外置式风力机结冰探测器，其前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端。如图所示，本实施例中设计了两根柱体，分别设计了四种不同半径的圆弧端，分别如图5、图4所示，安装4个传感器。沿四个传感器处取截面，分别如图6-9所示，可看出，4个传感器处的迎风剖面前缘(即圆弧端)附近为圆弧，圆弧以后可以是其他随意外形。

本发明中，前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，可以单独采用如图4中所示，第一探测器、第二探测器的垂直排列方式；也可采用第一探测器、第三探测器所在圆弧端的并排排列方式。圆弧端除可采用前述的柱状，也可选用如曲面状(如图10所示)，只要在安装两个传感器的沿迎风的剖面附近(即圆弧端)为圆弧即可。图10，第一传感器、第二传感器分别位于两个半径不同的圆弧段，也可以实现本发明的效果。

本发明中的传感器可以选择光纤式传感器或平膜式传感器或其他种类传感器等。

二、将外置式风力机结冰探测器设置在风力机上。

三、由于风力机各处的水滴收集率分布规律只与风速以及水滴平均粒径这两个参数相关。因此，本发明选取风力机不同风速、不同过冷水滴平均粒径下的典型状态，通过计算得到不同状态下风力机叶片各处的水滴收集率分布情况。

结冰探测器外形设计所用到的数值方法如下。

过冷水滴撞击特性计算方法主要包含两部分：空气流场计算方法、水滴撞击计算方法。

(1)风力机空气流场计算方法

进行结冰探测器气动外形设计，需要计算风力机的空气流场，我们采用多参考坐标系方法(MRF)计算风力机流场，简述如下：

①控制方程

非旋转区域空气流场控制方程为低速粘流的时均N-S方程：

ρ_a为空气密度，为空气速度，和取不同的值，可代表空气场的连续性方程、动量方程和湍动能等其他标量的输运方程。

在旋转区域内，控制方程也可以写成输运方程的形式：

$\frac{\∂\left({\mathrm{\ρ}}_a\mathrm{\φ}\right)}{\∂t}+\▿\·({\mathrm{\ρ}}_a{\stackrel{\→}{u}}_{\mathrm{ar}}\mathrm{\φ}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\φ}}\mathrm{grad}\mathrm{\φ})=q_{\mathrm{\φr}}---\left(2\right)$

在旋转区域和非旋转区域的交界面上要求流场参数一致。

②控制方程的离散方法

采用有限体积法离散求解方程，方程中各项的离散方法为：

I对流项的离散

根据高斯散度定理，对流项采用如下方案进行离散

nb＝e,w,n,s,t,b，分别代表以P点为中心的控制体的六个面，为各面对应的面积。

空气相的控制方程在非旋转区位：

空气相的控制方程在旋转区位：

$\stackrel{\→}{f}={\mathrm{\ρ}}_a{\stackrel{\→}{u}}_{\mathrm{ar}}\mathrm{\φ}-{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{\φ}}\mathrm{grad}\mathrm{\φ}---\left(5\right)$

控制体界面上的变量值用迎风插值和线性插值相结合的方法计算，以边界面“e”为例，插值方法为

${\stackrel{\→}{f}}_e={\stackrel{\→}{f}}_e^{\mathrm{UDS}}+\mathrm{\ϵ}({\stackrel{\→}{f}}_e^{\mathrm{CDS}}-{\stackrel{\→}{f}}_e^{\mathrm{UDS}})---\left(6\right)$

为迎风插值的量，为线性插值的量，ε为混合因子，0≤ε≤1。

II源项的离散

源项的离散形式为：

δV为控制体的体积。

III时间项离散

采用如下二阶精度格式进行离散

其中，上标n+1、n和n-1分别代表t+Δt时刻、t时刻和t-Δt时刻的值。

(2)风力机流场中水滴收集率计算方法

采用欧拉法计算局部水滴收集率。

①水滴相流场计算的控制方程

引入水滴容积分数α，其定义为空间微团中水滴相所占的体积比例，水滴相的控制方程包括连续方程和动量方程，分别为：

$\frac{\∂\left({\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\α}\right)}{\∂t}+\▿\·\left({\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\α}{\stackrel{\→}{u}}_d\right)=0---\left(9\right)$

$\frac{\∂\left({\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\α}{\stackrel{\→}{u}}_d\right)}{\∂t}+\▿\·\left({\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\α}{\stackrel{\→}{u}}_d{\stackrel{\→}{u}}_d\right)={\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\αK}({\stackrel{\→}{u}}_{\mathrm{ar}}-{\stackrel{\→}{u}}_d)+{\mathrm{\ρ}}_d\mathrm{\α}\stackrel{\→}{g}---\left(10\right)$

为水滴速度，ρ_d为水滴密度，为重力加速度，K为惯性因子。

μ_a为空气动力粘性系数，d_eq为水滴直径，C_D为水滴阻力系数，Re为相对雷诺数。

水滴相控制方程可以统一写成输运方程的形式：

其中，为源项，取1、u_d、v_d或w_d分别代表连续方程和x、y、z方向的动量方程。

②水滴相控制方程的离散方法

离散方法与空气控制方程一致，时间项采用一阶显式离散，即

③边界条件

水滴相计算，采用壁面吸入边界条件。

④水滴收集率的计算

水滴收集率由以下表达式得到：

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\α}}_{\∞}}\frac{|{\stackrel{\→}{u}}_{\mathrm{dr}}\·\stackrel{\→}{n}|}{\left|{\stackrel{\→}{u}}_{\∞}\right|}---\left(13\right)$

其中，α_∞为远场水滴容积分数，为远场水滴速度，为物面碰撞点处的单位法线向量。

四、采用计算或者实验的方法，得到不同水滴平均粒径、来流风速条件下，外置式风力机结冰探测器上几种不同前缘半径外形(即不同半径圆弧端)的水滴收集率。外置式风力机结冰探测器水滴收集率的计算方法与风力机水滴收集率的计算方法相同。也可采用实验的方法的到不同状态下的外置式风力机结冰探测器水滴收集率。

五、以图2-图9中的第一探测器、第三探测器为例，这两处前缘(即圆弧端)半径分别为2cm和4cm，图11为计算所得到水滴平均粒径、来流风速、传感器1和3前缘处水滴收集率之比这三个变量之间的相互对应关系曲线。

六、通过外置式风力机结冰探测器得到不同半径圆弧端的结冰厚度，不同半径圆弧端的水滴收集率之比等于结冰厚度之比。

七、通过风力机控制系统自带的风速测试仪器得到风速。

八、假定第一传感器、第三传感器得到结冰厚度分别为2.55mm和0.75mm，风速测试仪器得到风速11m/s，基于第五步中得到的关系曲线，根据不同外形前缘处水滴收集率之比和风速这两个量，采用插值的方法，可得到空气中的过冷水滴平均粒径为19.2μm。

九、基于步骤三中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤七得到的风速、步骤八中得到的过冷水滴平均粒径，插值得到对应的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律。

十、基于步骤三中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤七得到的风速、步骤八中过冷水滴平均粒径，插值得到对应的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律。

十一、根部步骤九得到的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律、步骤十得到的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律、步骤六得到的不同半径圆弧端的结冰厚度，可以得到风力机叶片上的结冰分布规律，如图12所示。图12给出了风力机叶片上的结冰分布。

经过验证，图12的结冰分布于实际情况相符，准确性较高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种外置式风力机结冰探测器，其特征在于，包括柱体、传感器，所述柱体包括前端、与前端光滑相连的后端，所述前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，所述传感器分别设置在圆弧端处。

2.根据权利要求1所述外置式风力机结冰探测器，其特征在于，所述柱体为一个，所述柱体的前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端。

3.根据权利要求1所述外置式风力机结冰探测器，其特征在于，所述柱体为至少两个，单个柱体的前端上设置有至少一个圆弧端，至少有两个圆弧端的半径不同。

4.根据权利要求3所述外置式风力机结冰探测器，其特征在于，所述柱体为两个，单个柱体的前端分别设置有两个不同半径的圆弧端，所述两个柱体相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述外置式风力机结冰探测器，其特征在于，所述前端与后端采用活动连接或固定连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述外置式风力机结冰探测器，其特征在于，所述前端与后端采用一体成型。

7.采用权利要求1-6任一项所述外置式风力机结冰探测器的风力机结冰探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）设计外置式风力机结冰探测器，其包括柱体、传感器，柱体包括迎风的前端、与前端光滑相连的后端，前端上设置有至少两个不同半径的圆弧端，传感器分别设置在圆弧端处；

（2）将步骤1中的外置式风力机结冰探测器设置在风力机上；

（3）选取风力机不同风速、不同过冷水滴平均粒径下的典型状态，通过计算，得到不同状态下风力机叶片各处的水滴收集率分布情况；

（4）采用计算或者实验的方法，得到不同水滴平均粒径、来流风速条件下，外置式风力机结冰探测器不同半径圆弧端的水滴收集率；

（5）根据步骤4的结果，得到水滴平均粒径、来流风速、水滴收集率之比这三个变量之间的相互对应关系曲线；

（6）通过外置式风力机结冰探测器得到不同半径圆弧端的结冰厚度，不同半径圆弧端的水滴收集率之比等于结冰厚度之比；

（7）测定得到风速；

（8）基于步骤5得到的关系曲线，根据不同半径圆弧端处水滴收集率之比和步骤7测定的风速这两个量，采用插值的方法，得到空气中的过冷水滴平均粒径；

（9）基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径，插值得到对应的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律；

（10）基于步骤3中各种典型状态下的水滴收集率分布，根据步骤7、步骤8中分别得到的风速、过冷水滴平均粒径，插值得到对应的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律；

（11）根据步骤9得到的风力机叶片上各处的水滴收集率分布规律、步骤10得到的外置式风力机结冰探测器圆弧端处的水滴收集率分布规律、步骤6得到的不同半径圆弧端的结冰厚度，可以得到风力机叶片上的结冰分布规律。

8.根据权利要求7所述风力机结冰探测方法，其特征在于，所述步骤1中，柱体为两个，两个柱体的外形相同，单个柱体的前端分别设置有两个不同半径的圆弧端。