【摘要】：自然界風(fēng)具有陣發(fā)性、渦動性、不均勻性。擾動入流風(fēng)對水平軸風(fēng)力機不僅影響其出力及其結(jié)構(gòu),對噪聲污染也有著不可忽視的影響。本文以風(fēng)洞實驗為基礎(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)力機流場和聲場進行數(shù)值模擬研究,探索在均勻入流和擾動入流下風(fēng)力機旋轉(zhuǎn)流動特性和聲輻射規(guī)律,進一步分析湍流強度對風(fēng)力機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處則更為強烈;功率在額定尖速比時最大并和實驗值最接近,并當(dāng)尖速比小于額定情況時,擾動入流條件功率更接近實驗值,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,進一步對風(fēng)輪氣動噪聲進行分析:聲壓脈動時均值云圖顯示風(fēng)力機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強度越弱,均勻入流聲傳播特性較為規(guī)律,而擾動入流和實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,與實驗值規(guī)律一致。對不同入口湍流強度對風(fēng)力機的影響分析指出:當(dāng)湍流強度由0.2%增加至4%,功率降低了5.07%,測試點噪聲增加了12.7dB,湍流強度增至10%時,功率降低11.35%,測試點聲壓級增加了19.86dB。最后,得出不同入流條件下對風(fēng)力機氣動性能、噪聲傳播等的影響,為風(fēng)力機在使用過程中能達到高性能、低噪聲提供依據(jù),也為風(fēng)洞條件下風(fēng)力機研究提供參考。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK83

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本文編號：2647414