大型风力机气动噪声仿真分析

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中国风电产业近几年一直保持强劲增长势头,目前,中国风电累计装机容量位居世界第一。风力机运转时产生的噪声会对人们的生产生活产生影响,在环境保护意识增强的今天,对风力机噪声的研究变得越来越重要。本文以某2MW风力机为研究对象,用Pro/E进行三维建模,用 Fluent对其流场和声场进行仿真分析。采用大涡模拟(LES)模型计算6m/s、10.8m/s、15m/s三种风速下的流场非定常流动,采用FW-H声学模型计算气动噪声。  分析翼型周围流场与气动噪声发现,翼型周围气流速度、压力差、漩涡强度和声压脉动由叶根至叶尖逐渐增大,并且随着来流速度的增大而增大。翼型前缘附近合成声压级最小,翼型边界层分离点附近的气动噪声波动较大,合成声压级最大。翼型上表面(背风面)附近声压级比翼型下表面(迎风面)附近声压级高,这与翼型上表面漩涡强度大以及边界层分离有直接关系。翼型气动噪声主要集中在低频区域。  分析风力机整机周围流场与气动噪声发现,叶片背风面漩涡强度比迎风面高。随着风速的增大,风力机表面漩涡强度和声压脉动逐渐增大。由叶根至叶尖漩涡强度和声压脉动逐渐加强,叶尖区域是风力机噪声的主要来源。合成声压级随风速的增加不断增大,达到额定风速之后,随着风速的增加,合成声压级的增速减缓。风力机气动噪声分布规律具有明显的方向性,距风力机相同距离的后面(背风面)声压级比前面(迎风面)高2dB左右,距风力机相同距离的右面声压级比左面高1dB左右。塔影效应是风力机气动噪声的重要组成部分。风力机气动噪声表现为一种宽频噪声,主要集中在中低频区域。  本文的仿真结果与实验测试结果对比,验证仿真的可靠性。可以为风力机气动噪声的研究提供一种可靠的预测方法,并为实验测试提供理论依据,为风力机优化降噪奠定良好的基础。
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