基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),通過編寫UDF代碼成功實(shí)現(xiàn)了葉片的一階彎振及一二階疊加彎振。數(shù)值模擬過程中,采用大渦模擬（LES）分析剛性葉片與低階彎振后風(fēng)輪近尾跡速度與渦量特征。運(yùn)用FW-H方程,以風(fēng)輪表面為聲源面,通過選取不同測試線上的監(jiān)測點(diǎn)分析葉片不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下輻射聲頻譜及聲壓級(jí)變化。研究結(jié)果表明:施加振動(dòng)后,在0.71R處出現(xiàn)軸向速度虧損,且在葉尖位置虧損最大;振動(dòng)風(fēng)輪整體噪聲增大。文章通過研究模擬振動(dòng)風(fēng)輪的尾跡流動(dòng)和噪聲分析,為實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲及聲輻射傳播特性提供一定參考。 

【文章來源】：可再生能源. 2019,37(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

三維風(fēng)輪流場幾何模型及計(jì)算網(wǎng)格（b）網(wǎng)格劃分xyz

置采用速度入口（本文均為額定工況），靜止外域與旋轉(zhuǎn)域之間通過設(shè)置interface1，2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。風(fēng)輪包絡(luò)面設(shè)置為movingwall，運(yùn)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)中的彈簧光順（spring）和網(wǎng)格重構(gòu)（remeshing）進(jìn)行葉片振動(dòng)控制。旋轉(zhuǎn)域采用滑移網(wǎng)格MovingMesh，模擬風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)。3結(jié)果分析本文研究均為額定工況（v=8m/s，尖速比λ=5）運(yùn)行的風(fēng)輪，通過施加低階彎振進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析振動(dòng)風(fēng)輪和剛性葉片情況下風(fēng)輪尾跡流動(dòng)特征及輻射聲傳播規(guī)律。3.1尾跡軸向速度分析圖2為風(fēng)輪在非振動(dòng)、一階彎振、一二階疊加彎振3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的尾跡軸向速度云圖。由圖可以看出，施加振動(dòng)后，風(fēng)輪尾跡區(qū)域靠近葉尖位置處出現(xiàn)軸向速度虧損增大的現(xiàn)象。分析其原因，可能是振動(dòng)使葉尖三維流動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng)，葉尖繞流加劇，使得更多的流體繞過葉尖向下游運(yùn)動(dòng)，從而造成風(fēng)輪近尾跡葉尖位置處軸向速度的虧損。施加低階彎振后，風(fēng)輪尾跡軸向速度切變明顯增大，尤其是靠近葉尖位置，尾跡軸向速度的切變過大不利于尾跡速度的恢復(fù)，隨著尾跡向下游發(fā)展，會(huì)影響下游風(fēng)力機(jī)入流品質(zhì)。對(duì)比施加一階彎振與一二階疊加彎振后，兩者近尾跡軸向速度變化不大，規(guī)律基本一致。為了詳細(xì)分析3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下風(fēng)輪的軸向速度分布規(guī)律，沿葉片徑向位置布置若干監(jiān)測點(diǎn)。圖3為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期時(shí)各測點(diǎn)處軸向速度沿徑向分布規(guī)律。由圖可知：在相同軸向位置處，3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的風(fēng)輪速度大小各不相同，在0.71R（R為風(fēng)輪半徑）之前施加振動(dòng)，風(fēng)輪軸向速度大于非振動(dòng)風(fēng)輪，一二階疊加振動(dòng)風(fēng)輪速度?

分析圖4為不同狀態(tài)下風(fēng)輪近尾跡渦量云圖�？梢钥闯觯L(fēng)輪近尾跡主要由葉尖渦、中心渦以及附著脫落渦3個(gè)區(qū)域構(gòu)成。對(duì)比分析施加彎振與非振動(dòng)風(fēng)輪近尾跡渦量云圖可以發(fā)現(xiàn)，施加彎振后整體渦量強(qiáng)度變強(qiáng)，葉片附著渦脫落渦量也明顯增大，并出現(xiàn)與葉尖渦混合情況，且在葉尖位置處變化最為明顯。這主要原因在于，施加彎振后葉片在葉尖位置形變量達(dá)到最大，對(duì)渦量影響更劇烈。由于氣動(dòng)噪聲與渦具有密不可分的關(guān)系，施加彎振后其整體氣動(dòng)噪聲可能會(huì)有所提升。圖3不同運(yùn)行狀態(tài)下軸向速度沿徑向分布Fig.3Axialvelocitydistributionalongradialdirectionunderdifferentoperatingstates0.20.40.60.81.01.21.41.6r/R0246810軸向速度-1/m·s非振動(dòng)一階彎振一二階疊加彎振圖4風(fēng)輪近尾跡場渦量圖Fig.4VorticitydiagramofwindturbinenearwakefieldVorticityContour1145.0130.5116.0101.587.072.558.043.529.014.50.0單位：s-1（a）非振動(dòng)（b）一階彎振（c）一二階疊加彎振3.3聲壓脈動(dòng)時(shí)均值圖5為葉片在3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下風(fēng)輪壓力面聲壓脈動(dòng)時(shí)均值（RMS），RMS可以大致反應(yīng)風(fēng)輪表面噪聲產(chǎn)生的位置。由圖可知，施加振動(dòng)與非振動(dòng)，其聲壓脈動(dòng)時(shí)均值分布規(guī)律相同點(diǎn)：葉根~0.5R位置處氣動(dòng)聲源相對(duì)較��；在0.5R~1R處隨著徑向距離增大，RMS逐漸增大。氣動(dòng)聲源位置主要集中在0.78R~葉尖部位，且在葉尖部位達(dá)到最大。分析其原因，在靠近葉尖位置處受到的來流擾動(dòng)更大，葉尖處氣動(dòng)載荷也相對(duì)較大，故葉尖部位是產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲的主要位置。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]小型水平軸風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)分析與葉片設(shè)計(jì)[J]. 王曉靜,賀玲麗,汪建文,于文艷,安琪.  可再生能源. 2017(04)
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[4]小型風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉尖近尾跡區(qū)域聲輻射測試與分析[J]. 汪建文,白楊,高志鷹,東雪青,王曉迪,由志剛.  沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(01)

碩士論文
[1]風(fēng)輪近尾跡聲輻射與流動(dòng)相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)探索[D]. 陳天閣.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3067061