偏航對(duì)風(fēng)力機(jī)尾跡流場(chǎng)及氣動(dòng)噪聲影響研究.pdf

1、自然界的風(fēng)隨機(jī)性較強(qiáng)，剪切風(fēng)、側(cè)偏風(fēng)、陣風(fēng)等復(fù)雜情況都會(huì)出現(xiàn)，且變化無(wú)法預(yù)知，這些情況的出現(xiàn)都會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的出力情況及使用壽命，且風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲對(duì)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(fēng)力機(jī)的出力情況及氣動(dòng)噪聲情況。
　　以直徑1.4m、翼型為 NACA4415的水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，基于數(shù)值模擬計(jì)算，利用IDDES湍流模塊結(jié)合聲學(xué)FW-H方程的方法對(duì)偏航狀態(tài)下水平軸風(fēng)力機(jī)的流場(chǎng)及聲場(chǎng)特性進(jìn)行研究，得到風(fēng)輪及近

2、尾跡的流動(dòng)與聲輻射的部分規(guī)律，為風(fēng)力機(jī)偏航情況下的氣動(dòng)特性及氣動(dòng)噪聲的計(jì)算及試驗(yàn)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(fù)壓區(qū)域逐漸減小，葉尖區(qū)域壓強(qiáng)差逐漸減小，引起風(fēng)輪做功能力減弱，升力系數(shù)減小，最終導(dǎo)致扭矩減小，風(fēng)輪輸出功率下降：額定工況下，不偏航情況下，風(fēng)力機(jī)輸出功率為205.51W，偏航角為30°時(shí)功率下降了31％；風(fēng)輪尾跡流場(chǎng)的偏斜角度增加，導(dǎo)致軸向速度相差越來(lái)

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(fēng)力機(jī)尾跡流場(chǎng)中存在葉尖渦和中心渦，葉尖渦和中心渦遠(yuǎn)離風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面并向下游進(jìn)行擴(kuò)散，渦量的幅值逐漸減小，并漸漸消失。
　　切向擾動(dòng)決定渦，法向擾動(dòng)決定聲，兩者在氣體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換及相互作用形成渦、聲干擾。以風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)的研究為基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析偏航狀態(tài)下氣動(dòng)噪聲的情況：對(duì)風(fēng)力機(jī)聲源進(jìn)行分析，得到聲壓脈動(dòng)時(shí)均值在靠近葉尖

4、部位相對(duì)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(gè)偏航角基頻對(duì)應(yīng)的總聲壓級(jí)分別為109.67dB、109.42dB、109.02dB、108.45dB；不同偏航角下聲輻射在垂直風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面方向距離軸線越近的聲壓級(jí)越高，隨軸向距離的增加聲壓級(jí)逐漸衰減；在垂直于入口面方向聲壓級(jí)在距離聲源面遠(yuǎn)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