基于叶片弯振后风轮尾迹流动及气动噪声研究
发布时间：2021-03-06 11:57
基于动网格技术,通过编写UDF代码成功实现了叶片的一阶弯振及一二阶叠加弯振。数值模拟过程中,采用大涡模拟（LES）分析刚性叶片与低阶弯振后风轮近尾迹速度与涡量特征。运用FW-H方程,以风轮表面为声源面,通过选取不同测试线上的监测点分析叶片不同运动状态下辐射声频谱及声压级变化。研究结果表明:施加振动后,在0.71R处出现轴向速度亏损,且在叶尖位置亏损最大;振动风轮整体噪声增大。文章通过研究模拟振动风轮的尾迹流动和噪声分析,为实际运行的风力机产生的气动噪声及声辐射传播特性提供一定参考。
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
三维风轮流场几何模型及计算网格（b）网格划分xyz
置采用速度入口（本文均为额定工况），静止外域与旋转域之间通过设置interface1，2进行数据传递。风轮包络面设置为movingwall，运用动网格技术中的弹簧光顺（spring）和网格重构（remeshing）进行叶片振动控制。旋转域采用滑移网格MovingMesh，模拟风轮的旋转。3结果分析本文研究均为额定工况（v=8m/s，尖速比λ=5）运行的风轮，通过施加低阶弯振进行数值模拟，对比分析振动风轮和刚性叶片情况下风轮尾迹流动特征及辐射声传播规律。3.1尾迹轴向速度分析图2为风轮在非振动、一阶弯振、一二阶叠加弯振3种运动状态下的尾迹轴向速度云图。由图可以看出，施加振动后，风轮尾迹区域靠近叶尖位置处出现轴向速度亏损增大的现象。分析其原因，可能是振动使叶尖三维流动效应增强，叶尖绕流加剧，使得更多的流体绕过叶尖向下游运动，从而造成风轮近尾迹叶尖位置处轴向速度的亏损。施加低阶弯振后，风轮尾迹轴向速度切变明显增大，尤其是靠近叶尖位置，尾迹轴向速度的切变过大不利于尾迹速度的恢复，随着尾迹向下游发展，会影响下游风力机入流品质。对比施加一阶弯振与一二阶叠加弯振后，两者近尾迹轴向速度变化不大，规律基本一致。为了详细分析3种运动状态下风轮的轴向速度分布规律，沿叶片径向位置布置若干监测点。图3为风轮旋转一个周期时各测点处轴向速度沿径向分布规律。由图可知：在相同轴向位置处，3种运动状态下的风轮速度大小各不相同，在0.71R（R为风轮半径）之前施加振动，风轮轴向速度大于非振动风轮，一二阶叠加振动风轮速度?
分析图4为不同状态下风轮近尾迹涡量云图。可以看出，风轮近尾迹主要由叶尖涡、中心涡以及附着脱落涡3个区域构成。对比分析施加弯振与非振动风轮近尾迹涡量云图可以发现，施加弯振后整体涡量强度变强，叶片附着涡脱落涡量也明显增大，并出现与叶尖涡混合情况，且在叶尖位置处变化最为明显。这主要原因在于，施加弯振后叶片在叶尖位置形变量达到最大，对涡量影响更剧烈。由于气动噪声与涡具有密不可分的关系，施加弯振后其整体气动噪声可能会有所提升。图3不同运行状态下轴向速度沿径向分布Fig.3Axialvelocitydistributionalongradialdirectionunderdifferentoperatingstates0.20.40.60.81.01.21.41.6r/R0246810轴向速度-1/m·s非振动一阶弯振一二阶叠加弯振图4风轮近尾迹场涡量图Fig.4VorticitydiagramofwindturbinenearwakefieldVorticityContour1145.0130.5116.0101.587.072.558.043.529.014.50.0单位：s-1（a）非振动（b）一阶弯振（c）一二阶叠加弯振3.3声压脉动时均值图5为叶片在3种运动状态下风轮压力面声压脉动时均值（RMS），RMS可以大致反应风轮表面噪声产生的位置。由图可知，施加振动与非振动，其声压脉动时均值分布规律相同点：叶根~0.5R位置处气动声源相对较小；在0.5R~1R处随着径向距离增大，RMS逐渐增大。气动声源位置主要集中在0.78R~叶尖部位，且在叶尖部位达到最大。分析其原因，在靠近叶尖位置处受到的来流扰动更大，叶尖处气动载荷也相对较大，故叶尖部位是产生气动噪声的主要位置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型水平轴风力机翼型气动分析与叶片设计[J]. 王晓静,贺玲丽,汪建文,于文艳,安琪. 可再生能源. 2017(04)
[2]大型风力机气动噪声仿真与分析[J]. 韩宝坤,孙晓东,鲍怀谦,宋明超. 噪声与振动控制. 2016(02)
[3]大型风力机尾迹双向流固耦合特性分析[J]. 刘海锋,孙凯,胡丹梅. 可再生能源. 2015(11)
[4]小型风力机风轮叶尖近尾迹区域声辐射测试与分析[J]. 汪建文,白杨,高志鹰,东雪青,王晓迪,由志刚. 沈阳工业大学学报. 2010(01)
硕士论文
[1]风轮近尾迹声辐射与流动相关性的实验探索[D]. 陈天阁.内蒙古工业大学 2015
本文编号：3067061
【文章来源】：可再生能源. 2019,37(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
三维风轮流场几何模型及计算网格（b）网格划分xyz
置采用速度入口（本文均为额定工况），静止外域与旋转域之间通过设置interface1，2进行数据传递。风轮包络面设置为movingwall，运用动网格技术中的弹簧光顺（spring）和网格重构（remeshing）进行叶片振动控制。旋转域采用滑移网格MovingMesh，模拟风轮的旋转。3结果分析本文研究均为额定工况（v=8m/s，尖速比λ=5）运行的风轮，通过施加低阶弯振进行数值模拟，对比分析振动风轮和刚性叶片情况下风轮尾迹流动特征及辐射声传播规律。3.1尾迹轴向速度分析图2为风轮在非振动、一阶弯振、一二阶叠加弯振3种运动状态下的尾迹轴向速度云图。由图可以看出，施加振动后，风轮尾迹区域靠近叶尖位置处出现轴向速度亏损增大的现象。分析其原因，可能是振动使叶尖三维流动效应增强，叶尖绕流加剧，使得更多的流体绕过叶尖向下游运动，从而造成风轮近尾迹叶尖位置处轴向速度的亏损。施加低阶弯振后，风轮尾迹轴向速度切变明显增大，尤其是靠近叶尖位置，尾迹轴向速度的切变过大不利于尾迹速度的恢复，随着尾迹向下游发展，会影响下游风力机入流品质。对比施加一阶弯振与一二阶叠加弯振后，两者近尾迹轴向速度变化不大，规律基本一致。为了详细分析3种运动状态下风轮的轴向速度分布规律，沿叶片径向位置布置若干监测点。图3为风轮旋转一个周期时各测点处轴向速度沿径向分布规律。由图可知：在相同轴向位置处，3种运动状态下的风轮速度大小各不相同，在0.71R（R为风轮半径）之前施加振动，风轮轴向速度大于非振动风轮，一二阶叠加振动风轮速度?
分析图4为不同状态下风轮近尾迹涡量云图。可以看出，风轮近尾迹主要由叶尖涡、中心涡以及附着脱落涡3个区域构成。对比分析施加弯振与非振动风轮近尾迹涡量云图可以发现，施加弯振后整体涡量强度变强，叶片附着涡脱落涡量也明显增大，并出现与叶尖涡混合情况，且在叶尖位置处变化最为明显。这主要原因在于，施加弯振后叶片在叶尖位置形变量达到最大，对涡量影响更剧烈。由于气动噪声与涡具有密不可分的关系，施加弯振后其整体气动噪声可能会有所提升。图3不同运行状态下轴向速度沿径向分布Fig.3Axialvelocitydistributionalongradialdirectionunderdifferentoperatingstates0.20.40.60.81.01.21.41.6r/R0246810轴向速度-1/m·s非振动一阶弯振一二阶叠加弯振图4风轮近尾迹场涡量图Fig.4VorticitydiagramofwindturbinenearwakefieldVorticityContour1145.0130.5116.0101.587.072.558.043.529.014.50.0单位：s-1（a）非振动（b）一阶弯振（c）一二阶叠加弯振3.3声压脉动时均值图5为叶片在3种运动状态下风轮压力面声压脉动时均值（RMS），RMS可以大致反应风轮表面噪声产生的位置。由图可知，施加振动与非振动，其声压脉动时均值分布规律相同点：叶根~0.5R位置处气动声源相对较小；在0.5R~1R处随着径向距离增大，RMS逐渐增大。气动声源位置主要集中在0.78R~叶尖部位，且在叶尖部位达到最大。分析其原因，在靠近叶尖位置处受到的来流扰动更大，叶尖处气动载荷也相对较大，故叶尖部位是产生气动噪声的主要位置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小型水平轴风力机翼型气动分析与叶片设计[J]. 王晓静,贺玲丽,汪建文,于文艳,安琪. 可再生能源. 2017(04)
[2]大型风力机气动噪声仿真与分析[J]. 韩宝坤,孙晓东,鲍怀谦,宋明超. 噪声与振动控制. 2016(02)
[3]大型风力机尾迹双向流固耦合特性分析[J]. 刘海锋,孙凯,胡丹梅. 可再生能源. 2015(11)
[4]小型风力机风轮叶尖近尾迹区域声辐射测试与分析[J]. 汪建文,白杨,高志鹰,东雪青,王晓迪,由志刚. 沈阳工业大学学报. 2010(01)
硕士论文
[1]风轮近尾迹声辐射与流动相关性的实验探索[D]. 陈天阁.内蒙古工业大学 2015
本文编号：3067061
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3067061.html
