【摘要】：流體流動產(chǎn)生渦,渦運(yùn)動加速會發(fā)聲。氣動噪聲不僅造成環(huán)境污染,還會破壞風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu),降低風(fēng)力機(jī)壽命。風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)汲取風(fēng)能最主要的部件,在自然風(fēng)作用下,葉片會發(fā)生變形。葉片的變形會引起風(fēng)力機(jī)周圍流場的變化,進(jìn)而影響氣動噪聲。因此葉片變形對風(fēng)力機(jī)氣動噪聲的影響研究顯得極其重要,但從國內(nèi)外對氣動噪聲的研究看,學(xué)者們忽略或很少考慮葉片變形。本文利用雙向流固耦合方法,對比研究實(shí)木和環(huán)氧樹脂兩種材料葉片的變形,研究葉片變形的原因和影響因素,分析葉片變形對流場的影響,進(jìn)而探究葉片變形對風(fēng)力機(jī)氣動噪聲的影響,為高效低噪風(fēng)力機(jī)葉片研究和設(shè)計提供參考。本文選取S翼型三葉片水平軸風(fēng)力機(jī)為研究對象,風(fēng)輪直徑1.4m,額定功率300W,額定尖速比5.5,額定風(fēng)速10m/s。利用ANSYS軟件中的Fluid Flow(CFX)和Transient Structural進(jìn)行雙向流固耦合計算分析,并將實(shí)木材料葉片模擬得出的輸出功率與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,誤差在允許范圍內(nèi)。主要研究結(jié)論如下:對比兩種材料葉片的表面變形,發(fā)現(xiàn)葉尖是變形最大的位置:實(shí)木材料葉片尖最大變形量為18.7mm,是環(huán)氧樹脂材料葉片的3.8倍;葉根位置變形最小,兩種材料葉片變形的平均值均為0.1mm,幾乎可以忽略;從葉片表面的應(yīng)力研究得到:葉根位置的應(yīng)力最大,葉尖位置最小;進(jìn)一步分析材料特性參數(shù)對葉片變形的影響:彈性模量對葉片變形的影響最大,密度和泊松比影響很小;實(shí)木材料葉片變形隨著風(fēng)速和尖速比的增大程度大于環(huán)氧樹脂材料葉片。對比兩種材料葉片,實(shí)木材料葉片表面壓差比環(huán)氧樹脂材料葉片高18Pa,尾跡速度的虧損增加,葉片表面和風(fēng)輪尾跡渦量較大,額定風(fēng)速下葉片的湍動能比環(huán)氧樹脂材料葉片大0.0027m~2/s~2;同工況下實(shí)木材料葉片風(fēng)輪輸出功率更大。對比兩種材料葉片,實(shí)木材料葉片在各位置聲壓級、脈動壓力絕對值、氣動噪聲更大;在同工況下的聲壓級相差小于1dB;同材料聲壓級在軸向0m到0.3m聲壓級變化趨勢與軸向0.4m到1m不同,軸向0m到0.3m聲壓級有增大趨勢,且在徑向0.5m位置聲壓級最大;徑向位置聲壓級隨軸向距離的增大聲壓級先減小后趨于平緩,其中徑向0.5m位置聲壓級在軸向0m聲壓級最大,越靠近風(fēng)輪位置聲壓級越大。隨風(fēng)速和尖速比的增大,聲壓級也在不斷增大,實(shí)木材料葉片比環(huán)氧樹脂材料聲壓級最大差距不超過0.5dB。綜上可知,實(shí)木材料葉片變形量更大,風(fēng)輪輸出功率更大,氣動噪聲聲壓級更大但與環(huán)氧樹脂材料葉片差距不到1dB,因此實(shí)木材料葉片比環(huán)氧樹脂材料葉片更適合小型風(fēng)力機(jī)。本文可以為考慮葉片變形設(shè)計高效低噪的風(fēng)力機(jī)葉片提供參考。
【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】：2019
【分類號】：TK83
【圖文】：

第二章 基礎(chǔ)理論第二章 基礎(chǔ)理論論是考慮氣流通過風(fēng)輪時對風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生干擾的一種理論，因，其三維流場是非常復(fù)雜的，同時會出現(xiàn)三個漩渦區(qū)。該理論阻力和葉尖處的損失，也不考慮葉片對流體的干擾，并假定葉的形成由 3 個渦區(qū)組成的，分別在旋轉(zhuǎn)上、葉片的邊界上和葉統(tǒng)如圖 2-1 所示。

最后將風(fēng)輪和這些部件裝配完成對風(fēng)力機(jī)實(shí)體模型的建立。建立的模型如圖3-1 所示。圖 3-1 風(fēng)力機(jī)模型Fig. 3-1 The model of wind turbine

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文建的風(fēng)力機(jī)模型上對流場所需要的計算域進(jìn)行創(chuàng)建，該r 中完成，將利用 SolidWorks 建立的風(fēng)力機(jī)模型導(dǎo)入到，對流場的模型進(jìn)行建立。所設(shè)定的流場模型尺寸數(shù)洞為基礎(chǔ)進(jìn)行建立，設(shè)定風(fēng)輪距離風(fēng)洞入口的距離為徑已在前面介紹），出口距離風(fēng)輪為 5D，為了計算轉(zhuǎn)域，在非旋轉(zhuǎn)域中對旋轉(zhuǎn)域設(shè)置加密域，加密域的轉(zhuǎn)域（風(fēng)輪）周圍的網(wǎng)格，更加精確地模擬風(fēng)力機(jī)周氣動噪聲，對風(fēng)力機(jī)整機(jī)所創(chuàng)建的計算域如圖 3-2 所

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 成誠;程筱勝;戴寧;;風(fēng)力機(jī)葉片單向流固耦合分析[J];機(jī)械設(shè)計與制造工程;2014年11期

2 司海青;王同光;吳曉軍;;參數(shù)對風(fēng)力機(jī)氣動噪聲的影響研究[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2014年01期

3 胡鵬飛;曹麗華;李勇;;風(fēng)力機(jī)葉片及塔架流固耦合分析[J];可再生能源;2013年11期

4 馬劍龍;汪建文;劉雄飛;董波;張所成;;某新翼型風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計與氣動性能試驗(yàn)[J];可再生能源;2013年09期

5 代元軍;汪建文;趙虹宇;;風(fēng)力機(jī)近尾跡區(qū)域氣動噪聲分布和傳播規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2013年05期

6 代元軍;李保華;石寧;孫玉新;;風(fēng)力機(jī)近尾跡區(qū)域渦量變化規(guī)律及噪聲的數(shù)值預(yù)測[J];可再生能源;2013年08期

7 胡丹梅;張志超;孫凱;張建平;;風(fēng)力機(jī)葉片流固耦合計算分析[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2013年17期

8 歐陽華;田杰;吳亞東;杜朝輝;;基于渦聲理論的低速軸流風(fēng)機(jī)氣動噪聲研究[J];工程熱物理學(xué)報;2009年05期

9 夏恒,葛屯,姚志遠(yuǎn);氣流繞流產(chǎn)生的脈動壓力場向輻射聲場演變規(guī)律的探索[J];華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 賈少紅;風(fēng)電葉片氣動噪聲研究[D];中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 管飛;風(fēng)輪聲源與動態(tài)應(yīng)變分布相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2016年

2 鄧艷波;風(fēng)力機(jī)翼型氣動性能及流固耦合分析[D];湘潭大學(xué);2015年

3 劉閃閃;水平軸風(fēng)力機(jī)氣動噪聲的數(shù)值模擬及優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2015年

4 熊萬能;基于改進(jìn)BPM模型的風(fēng)力機(jī)葉片氣動噪聲數(shù)值模擬研究[D];華北電力大學(xué);2015年

5 李志偉;基于CFD模擬的風(fēng)力機(jī)葉片氣動噪聲研究[D];華北電力大學(xué);2015年

6 徐超;大型風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計與氣動噪聲研究[D];浙江海洋學(xué)院;2014年

7 鐵庚;水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的氣動特性研究[D];新疆大學(xué);2013年

本文編號：2788545