论文部分内容阅读
水平轴风力机叶片叶尖部分对风力机尾迹流场、声场的影响一直是国内外学者探讨研究的重心所在。该区域对叶尖涡的产生脱落、噪声的辐射传播以及对整个尾迹流场乃至输出功率都有很大影响。本文在国内首次尝试将改进的延迟分离涡模拟（IDDES）方法和FW-H方程相结合，就叶尖结构的改变对水平轴风力机的流场和声场的影响进行了分析。本文对水平轴风力机流场和声场进行了数值模拟，在大量的文献阅读和对基础理论学习的基础上，构建实物模型，通过网格无关性验证选取了计算网格，湍流模型选取IDDES，声学方程选用FW-H方程，风轮的旋转采用滑移网格技术实现。对不同风速、不同尖速比下各工况的风轮输出功率及声辐射传播规律进行分析并与实验结果进行比对；对额定工况风轮表面声压脉动和声压频谱图进行分析。在额定工况下，对叶尖为S型和三种槽型的风力机的功率和声辐射传播规律进行分析并与传统叶尖风力机进行对比，并运用正交优化法对S型叶尖小翼进行优化。对25组添加S型小翼的风力机风轮输出功率和测试点噪声进行了双目标正交优化。数值计算得到，风轮输出功率随着尖速比先增大后减小，与实验基本拟合；得到了完整的风力机尾迹流场涡分布图，分析了叶尖涡、中心涡等的产生和传播规律；声压脉动的时均值的最大区域集中在风轮叶尖部位，叶尖区域噪声最大；由辐射声频谱图得到了叶片旋转声基频和叶尖涡脱落频率；分析了总声压级随着远离风轮各个方向的传播规律和降低幅度。S型叶尖风轮输出功率比传统叶尖风轮提高了4.23%；总声压级比传统叶尖风轮低，沿着x轴方向总声压级降低幅度逐渐增大，降幅在1~8dB，随着径向距离增大，沿x轴方向总声压级的降低幅度要大于传统叶尖风轮。相比于传统叶尖风轮，齿形槽和弧形槽风轮的风轮输出功率分别增大了-0.51%、1.25%；二者总声压级降低效果优于传统叶尖，齿形槽叶尖效果最好，降低幅度在1~13dB。正交优化结果得到：得到了对风轮输出功率和测试点噪声影响最大的是小翼宽度B和径宽比i，最小的是长宽比j，后张角β只对功率放大影响大，圆弧设计角α只对测试点噪声影响大；同时满足功率放大效果和测试点噪声降低效果最优的S型小翼尺寸为34mm×0.65×1.15×39°×50°，此结论和实验结果相同。