偏航對風力機尾跡流場及氣動噪聲影響研究.pdf

1、自然界的風隨機性較強，剪切風、側(cè)偏風、陣風等復雜情況都會出現(xiàn)，且變化無法預知，這些情況的出現(xiàn)都會影響風力機的出力情況及使用壽命，且風力機氣動噪聲對人類和自然環(huán)境的影響也不容忽略。因此，應(yīng)該關(guān)注偏航情況下風力機的出力情況及氣動噪聲情況。
　　以直徑1.4m、翼型為 NACA4415的水平軸風力機為研究對象，基于數(shù)值模擬計算，利用IDDES湍流模塊結(jié)合聲學FW-H方程的方法對偏航狀態(tài)下水平軸風力機的流場及聲場特性進行研究，得到風輪及近

2、尾跡的流動與聲輻射的部分規(guī)律，為風力機偏航情況下的氣動特性及氣動噪聲的計算及試驗提供了一定的研究基礎(chǔ)。
　　模擬結(jié)果表明：隨著偏航角的增大，壓力面的最大壓力區(qū)域逐漸減小，吸力面每層負壓區(qū)域逐漸減小，葉尖區(qū)域壓強差逐漸減小，引起風輪做功能力減弱，升力系數(shù)減小，最終導致扭矩減小，風輪輸出功率下降：額定工況下，不偏航情況下，風力機輸出功率為205.51W，偏航角為30°時功率下降了31％；風輪尾跡流場的偏斜角度增加，導致軸向速度相差越來

3、越大：在徑向位置0.2R～0.3R及0.9R～R處，軸向速度增加明顯，在0.3R～0.9R處，軸向速度增加趨緩；風力機尾跡流場中存在葉尖渦和中心渦，葉尖渦和中心渦遠離風輪旋轉(zhuǎn)平面并向下游進行擴散，渦量的幅值逐漸減小，并漸漸消失。
　　切向擾動決定渦，法向擾動決定聲，兩者在氣體運動過程中的能量轉(zhuǎn)換及相互作用形成渦、聲干擾。以風力機流場的研究為基礎(chǔ)，進一步分析偏航狀態(tài)下氣動噪聲的情況：對風力機聲源進行分析，得到聲壓脈動時均值在靠近葉尖

4、部位相對較大，其較大值的區(qū)域隨偏航角的增大減小；不同偏航角的噪聲的能量都主要集中在400Hz以下的低頻段，4個偏航角基頻對應(yīng)的總聲壓級分別為109.67dB、109.42dB、109.02dB、108.45dB；不同偏航角下聲輻射在垂直風輪旋轉(zhuǎn)面方向距離軸線越近的聲壓級越高，隨軸向距離的增加聲壓級逐漸衰減；在垂直于入口面方向聲壓級在距離聲源面遠的一側(cè)隨偏航角的增加逐漸降低，距離聲源面近的一側(cè)隨偏航角的增加逐漸升高；在xoy平面內(nèi)與xoz