风力机尾迹流场分析及控制研究
发布时间：2021-03-24 20:24
风力机风轮运行在非定常流场中，其周围的流场特性直接影响到风力机的输出功率。本文通过数值计算的方法对风力机的尾迹流场特性进行了分析，同时研究了叶尖涡扩散器等流动控制技术对风力机流场特性的控制效果。1分析了翼型NACA4412和S809的流场压力和流线分布随攻角的变化规律，然后分析了它们在不同攻角和速度条件下的噪声特性，结果表明，随着攻角和流速的增大，沿流动方向声功率级的减小出现滞后，噪声特性增强。2采用简化风车模型设计并建立风力机风轮模型，分析了风力机叶片表面压力的分布状况、风力机叶尖三维效应的影响范围，计算结果表明，在75%叶展位置，风力机叶片的气动性能相对较好，风力机叶片叶尖涡的三维效应影响范围大约为叶片长度的2%。同时分析了风力机的尾迹流场特性和叶片的表面声功率级分布随尖速比的变化规律，计算结果表明，随着尖速比的增大，风力机的尾迹区影响范围变大，表现出膨胀的特性，叶片表面的声功率级也随着尖速比的增大而增大。3基于仿生降噪的机理，研究了锯齿后缘结构叶片的流场特性，研究结果表明，齿宽高比较小的叶片的降噪效果比较明显。4针对风力机的叶尖涡特性，研究了叶尖涡扩散器对叶尖涡的控制效果，并分析...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 风力发电发展状况
1.3 风力机种类
1.4 流动控制简介
1.5 本题研究背景和意义
1.6 本文研究的内容综述
第二章 理论基础
2.1 风力机特性系数
2.2 风轮功率特性
2.3 风力机的基本设计理论
2.3.1 贝茨（Betz）理论
2.3.2 涡流理论
2.3.3 叶素理论
2.3.4 动量理论
2.3.5 动量-叶素理论
2.3.6 叶尖和轮毂损失修正
2.4 噪声基础知识
2.4.1 噪声的物理度量
2.4.2 噪声的频谱分析
2.4.3 风力机的噪声形成机制
2.4.4 FLUENT 的气动噪声模型
2.5 本章小结
第三章 数值模拟的原理和方法
3.1 流体力学控制方程
3.2 湍流模型
3.3 大涡模拟
3.4 边界条件设置
3.5 可动区域中流动问题的模拟
3.6 本章小结
第四章 风力机气动特性数值模拟
4.1 风力机风轮模型建立
4.1.1 叶片设计
4.1.2 三维建模
4.2 二维翼型数值模拟
4.2.1 网格和计算相关参数
4.2.2 压力分布
4.2.3 声功率级分布
4.3 三维叶片数值模拟
4.3.1 数值计算域与计算网格
4.3.2 计算方法和边界条件
4.3.3 叶片表面压力分布
4.3.4 叶尖涡的影响范围
4.3.5 叶尖涡特性
4.3.6 风力机尾迹流场分析
4.3.7 叶片声功率级分布
4.4 本章小结
第五章 锯齿形尾缘叶片数值模拟
5.1 锯齿尾缘结构仿生基础
5.2 网格和计算相关参数
5.3 计算结果与分析
5.3.1 压力分布
5.3.2 声功率级分布
5.4 本章小结
第六章 叶尖涡的控制研究
6.1 前言
6.2 叶尖涡扩散器结构设计
6.3 静压系数的定义
6.4 风能利用系数及力矩系数
6.5 安装叶尖涡扩散器的叶尖流场特性
6.6 安装扩散器后的叶片声功率级分布
6.7 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]锯齿型翼型尾缘噪声控制实验研究[J]. 许影博,李晓东. 空气动力学学报. 2012(01)
[2]风力机噪声的预测方法研究[J]. 司海青,王同光. 空气动力学学报. 2011(06)
[3]风力机叶尖有无小翼三维流场的数值研究[J]. 张立茹,汪建文,曲立群,吴克启. 太阳能学报. 2011(11)
[4]风力机叶尖涡的数值模拟[J]. 钟伟,王同光. 南京航空航天大学学报. 2011(05)
[5]风力机翼型气动噪声优化设计研究[J]. 刘雄,罗文博,陈严,叶枝全,周鹏展. 机械工程学报. 2011(14)
[6]基于Fluent的涡轮增压器压气机流场模拟与噪声分析[J]. 江国和,李涛涛. 中国水运(下半月). 2011(07)
[7]风力发电技术及其发展动向[J]. 林祖建. 电力与电工. 2010(02)
[8]基于Lilley宽带声源模型的舵叶流噪声数值模拟研究[J]. 董仁义,吴崇健,张京伟. 船海工程. 2009(05)
[9]风力机叶尖加小翼流场的试验研究[J]. 东雪青,汪建文,韩晓亮,高志鹰,刘冬冬,新吉勒图,仇连君. 工程热物理学报. 2009(10)
[10]翼尖涡流场特性及其控制[J]. 顾蕴松,程克明,郑新军. 空气动力学学报. 2008(04)
本文编号：3098338
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 风力发电发展状况
1.3 风力机种类
1.4 流动控制简介
1.5 本题研究背景和意义
1.6 本文研究的内容综述
第二章 理论基础
2.1 风力机特性系数
2.2 风轮功率特性
2.3 风力机的基本设计理论
2.3.1 贝茨（Betz）理论
2.3.2 涡流理论
2.3.3 叶素理论
2.3.4 动量理论
2.3.5 动量-叶素理论
2.3.6 叶尖和轮毂损失修正
2.4 噪声基础知识
2.4.1 噪声的物理度量
2.4.2 噪声的频谱分析
2.4.3 风力机的噪声形成机制
2.4.4 FLUENT 的气动噪声模型
2.5 本章小结
第三章 数值模拟的原理和方法
3.1 流体力学控制方程
3.2 湍流模型
3.3 大涡模拟
3.4 边界条件设置
3.5 可动区域中流动问题的模拟
3.6 本章小结
第四章 风力机气动特性数值模拟
4.1 风力机风轮模型建立
4.1.1 叶片设计
4.1.2 三维建模
4.2 二维翼型数值模拟
4.2.1 网格和计算相关参数
4.2.2 压力分布
4.2.3 声功率级分布
4.3 三维叶片数值模拟
4.3.1 数值计算域与计算网格
4.3.2 计算方法和边界条件
4.3.3 叶片表面压力分布
4.3.4 叶尖涡的影响范围
4.3.5 叶尖涡特性
4.3.6 风力机尾迹流场分析
4.3.7 叶片声功率级分布
4.4 本章小结
第五章 锯齿形尾缘叶片数值模拟
5.1 锯齿尾缘结构仿生基础
5.2 网格和计算相关参数
5.3 计算结果与分析
5.3.1 压力分布
5.3.2 声功率级分布
5.4 本章小结
第六章 叶尖涡的控制研究
6.1 前言
6.2 叶尖涡扩散器结构设计
6.3 静压系数的定义
6.4 风能利用系数及力矩系数
6.5 安装叶尖涡扩散器的叶尖流场特性
6.6 安装扩散器后的叶片声功率级分布
6.7 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]锯齿型翼型尾缘噪声控制实验研究[J]. 许影博,李晓东. 空气动力学学报. 2012(01)
[2]风力机噪声的预测方法研究[J]. 司海青,王同光. 空气动力学学报. 2011(06)
[3]风力机叶尖有无小翼三维流场的数值研究[J]. 张立茹,汪建文,曲立群,吴克启. 太阳能学报. 2011(11)
[4]风力机叶尖涡的数值模拟[J]. 钟伟,王同光. 南京航空航天大学学报. 2011(05)
[5]风力机翼型气动噪声优化设计研究[J]. 刘雄,罗文博,陈严,叶枝全,周鹏展. 机械工程学报. 2011(14)
[6]基于Fluent的涡轮增压器压气机流场模拟与噪声分析[J]. 江国和,李涛涛. 中国水运(下半月). 2011(07)
[7]风力发电技术及其发展动向[J]. 林祖建. 电力与电工. 2010(02)
[8]基于Lilley宽带声源模型的舵叶流噪声数值模拟研究[J]. 董仁义,吴崇健,张京伟. 船海工程. 2009(05)
[9]风力机叶尖加小翼流场的试验研究[J]. 东雪青,汪建文,韩晓亮,高志鹰,刘冬冬,新吉勒图,仇连君. 工程热物理学报. 2009(10)
[10]翼尖涡流场特性及其控制[J]. 顾蕴松,程克明,郑新军. 空气动力学学报. 2008(04)
本文编号：3098338
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