入流對水平軸風(fēng)力機(jī)流場和聲場影響的數(shù)值研究.pdf

1、本文以風(fēng)洞實(shí)驗為基礎(chǔ)，利用ANSYS FLUENT加載擾動入流函數(shù)，并結(jié)合 IDDES（ Improve Detached-eddy Simulation）湍流模型和聲學(xué)FW-H方程對某S翼型水平軸風(fēng)力機(jī)流場和聲場進(jìn)行數(shù)值模擬研究，探索在均勻入流和擾動入流下風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)流動特性和聲輻射規(guī)律，進(jìn)一步分析湍流強(qiáng)度對風(fēng)力機(jī)氣動特性和噪聲的影響。風(fēng)輪流場模擬結(jié)果表明，相對于均勻入流，在擾動入流下風(fēng)輪壓力面受到非均勻風(fēng)和旋轉(zhuǎn)的慣性力作用，壓力面靜壓

2、梯度分布略低，吸力面較大；均勻入流時葉片前緣處的壓力系數(shù)大于擾動入流工況，隨葉展方向增大，截面上壓力系數(shù)趨于一致；脈動壓力監(jiān)測顯示，脈動壓力值在兩種入流方式下都在葉片中部（0.57R附近）最大，葉尖位置其次，葉根處最小，而均勻入流脈動峰值一致，擾動入流時峰值不同；渦量云圖顯示在均勻入流下，葉片的0.71R處產(chǎn)生明顯的分離流動和葉片尾緣脫落渦，擾動入流在0.57R處則更為強(qiáng)烈；功率在額定尖速比時最大并和實(shí)驗值最接近，并當(dāng)尖速比小于額定情況

3、時，擾動入流條件功率更接近實(shí)驗值，大于額定尖速比時，兩種入流方式對功率的影響較小。入流的渦動性引起流場切向和法向擾動，并影響聲的傳播。在流場分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對風(fēng)輪氣動噪聲進(jìn)行分析：聲壓脈動時均值云圖顯示風(fēng)力機(jī)噪聲源都位于葉片前緣位置，其分布與葉片旋轉(zhuǎn)造成的最大壓差分布位置一致；頻譜分析指出，兩種入流方式聲能量主要集中在500Hz內(nèi)的低頻噪聲，隨著頻率增大均勻入流聲壓級逐漸減小，擾動入流因擾動渦流造成的高頻寬帶噪聲隨頻率的增大會出現(xiàn)新

4、的峰值；在120°和180°相位角各截面的聲壓級分析得出，噪聲的傳播隨距聲源越遠(yuǎn)強(qiáng)度越弱，均勻入流聲傳播特性較為規(guī)律，而擾動入流和實(shí)驗值在傳播過程中出現(xiàn)無規(guī)律的跳動現(xiàn)象，且都在軸向距離10cm至50cm處聲壓級下降最快，與實(shí)驗值規(guī)律一致。對不同入口湍流強(qiáng)度對風(fēng)力機(jī)的影響分析指出：當(dāng)湍流強(qiáng)度由0.2％增加至4%，功率降低了5.07%，測試點(diǎn)噪聲增加了12.7dB，湍流強(qiáng)度增至10%時，功率降低11.35%，測試點(diǎn)聲壓級增加了19.86dB