本文關(guān)鍵詞：基于改進BPM模型的風力機葉片氣動噪聲數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著風電的大規(guī)模發(fā)展,風電場的選址位置距離居民區(qū)越來越近,風電機組的噪聲問題逐步凸顯。為保證大規(guī)模開發(fā)風電的同時,盡量減小風電機組對環(huán)境、居民的噪聲污染,開展風電機組噪聲方面的研究,具有重要的工程意義和學術(shù)價值。作為風電機組氣動噪聲的重要組成部分,翼型(直葉片)自噪聲是風電機組氣動噪聲研究的基礎(chǔ),也是本文的主要研究對象。本文首先闡述了聲學的基本知識,并介紹了Brooks-Pope-Marcolini (BPM)自噪聲半經(jīng)驗預(yù)測模型,編寫氣動噪聲預(yù)測程序,選用NACA0012、S822、FX63-137翼型,驗證BPM自噪聲半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?并指出該模型存在的部分不足之處。針對該模型存在的不足,提出了一種改進方案：結(jié)合面元法和邊界層方程對翼型邊界層進行求解,改進原BPM模型中的邊界層計算模塊,得到一種能考慮翼型幾何參數(shù)影響的改進型BPM模型,并對該方法進行了驗證。為進一步探究翼型自噪聲的特點,研究了隨機風況下的翼型自噪聲,量化了大氣湍流強度、隨機攻角對翼型自噪聲的低頻噪聲和高頻噪聲部分的不同影響,為進一步研究翼型自噪聲的提供了基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明, BPM模型對部分翼型的噪聲預(yù)測適用性較好,然而對于大彎度和／或厚度翼型并不適用,該模型未考慮翼型幾何參數(shù)變化對邊界層帶來的影響。針對以上問題,利用面元法及邊界層方程求解得到邊界層參數(shù),替換BPM模型中的邊界層預(yù)測方法,得到一種可以充分考慮翼型幾何參數(shù)的改進BPM模型。通過對隨機風況下的翼型自噪聲進行研究可知,大氣湍流強度、攻角的不確定性對各頻率聲壓級均值無明顯影響,低頻噪聲對攻角較為敏感,而對大氣湍流強度較敏感的是高頻噪聲。當風速呈正態(tài)分布時,各頻率氣動噪聲基本仍符合正態(tài)分布；而當攻角呈正態(tài)分布時,各頻率氣動噪聲不再符合正態(tài)分布,更趨向于β分布。
【關(guān)鍵詞】：翼型 葉片 氣動噪聲 面元法 BPM模型
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 物理量名稱及符號表10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 全球風電發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2 中國風電發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 選題背景及研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 研究背景14-15
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 主要工作21-22
• 第2章 氣動噪聲預(yù)測模型22-39
• 2.1 聲學基礎(chǔ)22-27
• 2.1.1 聲波的產(chǎn)生22
• 2.1.2 頻率、波長、聲速22
• 2.1.3 聲壓22-23
• 2.1.4 聲能量、聲功率、聲強23
• 2.1.5 聲強級、聲壓級、聲功率級23-24
• 2.1.6 聲波的疊加24-25
• 2.1.7 聲波的頻譜25
• 2.1.8 倍頻程25-27
• 2.2 BPM自噪聲半經(jīng)驗預(yù)測模型27-35
• 2.2.1 湍流邊界層尾緣噪聲27-29
• 2.2.2 分離流噪聲29-31
• 2.2.3 層流邊界層尾緣脫落渦噪聲31-32
• 2.2.4 鈍尾緣噪聲32-34
• 2.2.5 葉尖渦噪聲34-35
• 2.3 BPM模型涉及的其他參數(shù)35-38
• 2.3.1 指向性函數(shù)35-36
• 2.3.2 BPM模型邊界層計算方法36-38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第3章 氣動噪聲預(yù)測模型的驗證39-46
• 3.1 引言39
• 3.2 NACA0012翼型驗證39-41
• 3.2.1 計算一設(shè)置39-40
• 3.2.2 計算二設(shè)置40
• 3.2.3 計算結(jié)果及分析40-41
• 3.3 S822翼型驗證41-42
• 3.3.1 計算設(shè)置41
• 3.3.2 計算結(jié)果及分析41-42
• 3.4 FX63-137翼型驗證42-44
• 3.4.1 計算一設(shè)置42-43
• 3.4.2 計算二設(shè)置43
• 3.4.3 計算結(jié)果及分析43-44
• 3.5 本章小節(jié)44-46
• 第4章 氣動噪聲預(yù)測模型的改進46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 面元法46-51
• 4.3 層流邊界層求解的Thwaites-Walz方法51-54
• 4.3.1 邊界層基本知識51-52
• 4.3.2 Thwaites-Walz方法52-54
• 4.4 BPM自噪聲半經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷母倪M54-57
• 4.4.1 改進模型簡介54
• 4.4.2 改進模型具體實施方法及計算案例54-56
• 4.4.3 模型驗證及分析56-57
• 4.5 本章小節(jié)57-59
• 第5章 隨機風況下葉片自噪聲的數(shù)值模擬59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 蒙特卡洛方法59-61
• 5.3 計算模型設(shè)置61-64
• 5.3.1 計算模型參數(shù)61
• 5.3.2 計算設(shè)置61-64
• 5.4 計算結(jié)果及分析64-67
• 5.5 本章小節(jié)67-69
• 第6章 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 主要創(chuàng)新點70
• 6.3 展望70-71
• 參考文獻71-76
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果76-77
• 攻讀碩士學位期間參加的科研工作77-78
• 致謝78

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本文編號：1064970