水平轴风力机气动噪声的数值模拟及优化

发布时间：2020-05-17 22:22

【摘要】：近10年随着中国风能的开发,风能利用中的环境问题也逐渐受到关注。除了建设风场造成的植被破坏、地貌破坏、占用耕地和牧场等,风力机噪声也是一个非常关键的环境问题。噪声问题已经是风场附近居民抱怨的首要问题,对人居环境、牧场的影响都很大。风力机的噪声包括气动噪声和机械噪声,而气动噪声是其主要声源。气动噪声声源一般处于运动的叶片表面及叶片附近的非定常流场中,难以通过常规的机械噪声抑制策略(例如隔振、封闭机舱、吸声材料)来减噪。近年来,随着新型风力机直径的进一步增大,叶尖速比继续提高,叶尖的气动噪声问题会变得更加显著。本文主要是研究两种减噪方案的减噪效果和流场特点,寻求适宜于风力机叶片的减噪策略。对大型风力机的一些减噪措施提出建议。在第三章中,本文通过数值模拟,主要计算了原型及两种优化方案(前缘波浪型、表面抽吸孔型)的气动及噪声问题,分别对比了不同方案的总体噪声、升阻力系数、四极子分布及边界层特征。经过比较发现,前缘波浪型和表面抽吸方案都可以减弱总体噪声,其中抽吸方案稍好。前缘波浪型的叶片结构方式简单,不需要在机翼内部添加抽吸装置,但减噪效果稍逊于抽吸方案,同时对机翼升阻比影响较大。抽吸方案减噪效果更好,升阻力系数变化较小,可以维持机翼的高的气动效率,但是结构复杂,并且抽吸速率需要进行比较合理的控制。第四章主要是对NREL Phase VI上风型风力机某一工况(7m/s)的气动噪声及其流动特性进行了非定常RANS/LES数值模拟,从结果可以看出,大尺寸叶轮的四极子噪声变得更加显著,减弱四极子噪声将会对风力机气动噪声起着关键作用。结合第三章的结论,本文建议,针对叶尖气动噪声,适宜采用抽吸方案,而中部叶片区域及根部,宜采用波浪前缘或钝尾缘这些方案,不影响内部结构强度的基础上减小气动噪声。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK83

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本文编号：2669275