基于改进BPM模型的风力机叶片气动噪声数值模拟研究

发布时间：2017-10-20 03:22

  本文关键词：基于改进BPM模型的风力机叶片气动噪声数值模拟研究

  更多相关文章： 翼型 叶片 气动噪声 面元法 BPM模型

【摘要】：随着风电的大规模发展,风电场的选址位置距离居民区越来越近,风电机组的噪声问题逐步凸显。为保证大规模开发风电的同时,尽量减小风电机组对环境、居民的噪声污染,开展风电机组噪声方面的研究,具有重要的工程意义和学术价值。作为风电机组气动噪声的重要组成部分,翼型(直叶片)自噪声是风电机组气动噪声研究的基础,也是本文的主要研究对象。本文首先阐述了声学的基本知识,并介绍了Brooks-Pope-Marcolini (BPM)自噪声半经验预测模型,编写气动噪声预测程序,选用NACA0012、S822、FX63-137翼型,验证BPM自噪声半经验模型,并指出该模型存在的部分不足之处。针对该模型存在的不足,提出了一种改进方案：结合面元法和边界层方程对翼型边界层进行求解,改进原BPM模型中的边界层计算模块,得到一种能考虑翼型几何参数影响的改进型BPM模型,并对该方法进行了验证。为进一步探究翼型自噪声的特点,研究了随机风况下的翼型自噪声,量化了大气湍流强度、随机攻角对翼型自噪声的低频噪声和高频噪声部分的不同影响,为进一步研究翼型自噪声的提供了基础。研究结果表明, BPM模型对部分翼型的噪声预测适用性较好,然而对于大弯度和／或厚度翼型并不适用,该模型未考虑翼型几何参数变化对边界层带来的影响。针对以上问题,利用面元法及边界层方程求解得到边界层参数,替换BPM模型中的边界层预测方法,得到一种可以充分考虑翼型几何参数的改进BPM模型。通过对随机风况下的翼型自噪声进行研究可知,大气湍流强度、攻角的不确定性对各频率声压级均值无明显影响,低频噪声对攻角较为敏感,而对大气湍流强度较敏感的是高频噪声。当风速呈正态分布时,各频率气动噪声基本仍符合正态分布；而当攻角呈正态分布时,各频率气动噪声不再符合正态分布,更趋向于β分布。
【关键词】：翼型 叶片 气动噪声 面元法 BPM模型
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 物理量名称及符号表10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 全球风电发展现状12-13
• 1.2 中国风电发展现状13-14
• 1.3 选题背景及研究现状14-21
• 1.3.1 研究背景14-15
• 1.3.2 国外研究现状15-20
• 1.3.3 国内研究现状20-21
• 1.4 主要工作21-22
• 第2章 气动噪声预测模型22-39
• 2.1 声学基础22-27
• 2.1.1 声波的产生22
• 2.1.2 频率、波长、声速22
• 2.1.3 声压22-23
• 2.1.4 声能量、声功率、声强23
• 2.1.5 声强级、声压级、声功率级23-24
• 2.1.6 声波的叠加24-25
• 2.1.7 声波的频谱25
• 2.1.8 倍频程25-27
• 2.2 BPM自噪声半经验预测模型27-35
• 2.2.1 湍流边界层尾缘噪声27-29
• 2.2.2 分离流噪声29-31
• 2.2.3 层流边界层尾缘脱落涡噪声31-32
• 2.2.4 钝尾缘噪声32-34
• 2.2.5 叶尖涡噪声34-35
• 2.3 BPM模型涉及的其他参数35-38
• 2.3.1 指向性函数35-36
• 2.3.2 BPM模型边界层计算方法36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 气动噪声预测模型的验证39-46
• 3.1 引言39
• 3.2 NACA0012翼型验证39-41
• 3.2.1 计算一设置39-40
• 3.2.2 计算二设置40
• 3.2.3 计算结果及分析40-41
• 3.3 S822翼型验证41-42
• 3.3.1 计算设置41
• 3.3.2 计算结果及分析41-42
• 3.4 FX63-137翼型验证42-44
• 3.4.1 计算一设置42-43
• 3.4.2 计算二设置43
• 3.4.3 计算结果及分析43-44
• 3.5 本章小节44-46
• 第4章 气动噪声预测模型的改进46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 面元法46-51
• 4.3 层流边界层求解的Thwaites-Walz方法51-54
• 4.3.1 边界层基本知识51-52
• 4.3.2 Thwaites-Walz方法52-54
• 4.4 BPM自噪声半经验模型的改进54-57
• 4.4.1 改进模型简介54
• 4.4.2 改进模型具体实施方法及计算案例54-56
• 4.4.3 模型验证及分析56-57
• 4.5 本章小节57-59
• 第5章 随机风况下叶片自噪声的数值模拟59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 蒙特卡洛方法59-61
• 5.3 计算模型设置61-64
• 5.3.1 计算模型参数61
• 5.3.2 计算设置61-64
• 5.4 计算结果及分析64-67
• 5.5 本章小节67-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 主要创新点70
• 6.3 展望70-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-77
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作77-78
• 致谢78

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本文编号：1064970