叶片变形对风力机气动噪声的影响研究

发布时间：2020-08-10 20:06

【摘要】：流体流动产生涡,涡运动加速会发声。气动噪声不仅造成环境污染,还会破坏风力机结构,降低风力机寿命。风轮是风力机汲取风能最主要的部件,在自然风作用下,叶片会发生变形。叶片的变形会引起风力机周围流场的变化,进而影响气动噪声。因此叶片变形对风力机气动噪声的影响研究显得极其重要,但从国内外对气动噪声的研究看,学者们忽略或很少考虑叶片变形。本文利用双向流固耦合方法,对比研究实木和环氧树脂两种材料叶片的变形,研究叶片变形的原因和影响因素,分析叶片变形对流场的影响,进而探究叶片变形对风力机气动噪声的影响,为高效低噪风力机叶片研究和设计提供参考。本文选取S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,风轮直径1.4m,额定功率300W,额定尖速比5.5,额定风速10m/s。利用ANSYS软件中的Fluid Flow(CFX)和Transient Structural进行双向流固耦合计算分析,并将实木材料叶片模拟得出的输出功率与风洞实验结果进行对比,误差在允许范围内。主要研究结论如下:对比两种材料叶片的表面变形,发现叶尖是变形最大的位置:实木材料叶片尖最大变形量为18.7mm,是环氧树脂材料叶片的3.8倍;叶根位置变形最小,两种材料叶片变形的平均值均为0.1mm,几乎可以忽略;从叶片表面的应力研究得到:叶根位置的应力最大,叶尖位置最小;进一步分析材料特性参数对叶片变形的影响:弹性模量对叶片变形的影响最大,密度和泊松比影响很小;实木材料叶片变形随着风速和尖速比的增大程度大于环氧树脂材料叶片。对比两种材料叶片,实木材料叶片表面压差比环氧树脂材料叶片高18Pa,尾迹速度的亏损增加,叶片表面和风轮尾迹涡量较大,额定风速下叶片的湍动能比环氧树脂材料叶片大0.0027m~2/s~2;同工况下实木材料叶片风轮输出功率更大。对比两种材料叶片,实木材料叶片在各位置声压级、脉动压力绝对值、气动噪声更大;在同工况下的声压级相差小于1dB;同材料声压级在轴向0m到0.3m声压级变化趋势与轴向0.4m到1m不同,轴向0m到0.3m声压级有增大趋势,且在径向0.5m位置声压级最大;径向位置声压级随轴向距离的增大声压级先减小后趋于平缓,其中径向0.5m位置声压级在轴向0m声压级最大,越靠近风轮位置声压级越大。随风速和尖速比的增大,声压级也在不断增大,实木材料叶片比环氧树脂材料声压级最大差距不超过0.5dB。综上可知,实木材料叶片变形量更大,风轮输出功率更大,气动噪声声压级更大但与环氧树脂材料叶片差距不到1dB,因此实木材料叶片比环氧树脂材料叶片更适合小型风力机。本文可以为考虑叶片变形设计高效低噪的风力机叶片提供参考。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK83
【图文】：

第二章 基础理论第二章 基础理论论是考虑气流通过风轮时对风轮的转动产生干扰的一种理论，因，其三维流场是非常复杂的，同时会出现三个漩涡区。该理论阻力和叶尖处的损失，也不考虑叶片对流体的干扰，并假定叶的形成由 3 个涡区组成的，分别在旋转上、叶片的边界上和叶统如图 2-1 所示。

最后将风轮和这些部件装配完成对风力机实体模型的建立。建立的模型如图3-1 所示。图 3-1 风力机模型Fig. 3-1 The model of wind turbine

内蒙古工业大学硕士学位论文建的风力机模型上对流场所需要的计算域进行创建，该r 中完成，将利用 SolidWorks 建立的风力机模型导入到，对流场的模型进行建立。所设定的流场模型尺寸数洞为基础进行建立，设定风轮距离风洞入口的距离为径已在前面介绍），出口距离风轮为 5D，为了计算转域，在非旋转域中对旋转域设置加密域，加密域的转域（风轮）周围的网格，更加精确地模拟风力机周气动噪声，对风力机整机所创建的计算域如图 3-2 所

【参考文献】

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本文编号：2788545