入流對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)和聲場(chǎng)影響的數(shù)值研究.pdf

1、本文以風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用ANSYS FLUENT加載擾動(dòng)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(duì)某S翼型水平軸風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)和聲場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，探索在均勻入流和擾動(dòng)入流下風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)特性和聲輻射規(guī)律，進(jìn)一步分析湍流強(qiáng)度對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性和噪聲的影響。風(fēng)輪流場(chǎng)模擬結(jié)果表明，相對(duì)于均勻入流，在擾動(dòng)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

2、梯度分布略低，吸力面較大；均勻入流時(shí)葉片前緣處的壓力系數(shù)大于擾動(dòng)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(dòng)壓力監(jiān)測(cè)顯示，脈動(dòng)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(dòng)峰值一致，擾動(dòng)入流時(shí)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(dòng)和葉片尾緣脫落渦，擾動(dòng)入流在0.57R處則更為強(qiáng)烈；功率在額定尖速比時(shí)最大并和實(shí)驗(yàn)值最接近，并當(dāng)尖速比小于額定情況

3、時(shí)，擾動(dòng)入流條件功率更接近實(shí)驗(yàn)值，大于額定尖速比時(shí)，兩種入流方式對(duì)功率的影響較小。入流的渦動(dòng)性引起流場(chǎng)切向和法向擾動(dòng)，并影響聲的傳播。在流場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)噪聲進(jìn)行分析：聲壓脈動(dòng)時(shí)均值云圖顯示風(fēng)力機(jī)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(jí)逐漸減小，擾動(dòng)入流因擾動(dòng)渦流造成的高頻寬帶噪聲隨頻率的增大會(huì)出現(xiàn)新

4、的峰值；在120°和180°相位角各截面的聲壓級(jí)分析得出，噪聲的傳播隨距聲源越遠(yuǎn)強(qiáng)度越弱，均勻入流聲傳播特性較為規(guī)律，而擾動(dòng)入流和實(shí)驗(yàn)值在傳播過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的跳動(dòng)現(xiàn)象，且都在軸向距離10cm至50cm處聲壓級(jí)下降最快，與實(shí)驗(yàn)值規(guī)律一致。對(duì)不同入口湍流強(qiáng)度對(duì)風(fēng)力機(jī)的影響分析指出：當(dāng)湍流強(qiáng)度由0.2％增加至4%，功率降低了5.07%，測(cè)試點(diǎn)噪聲增加了12.7dB，湍流強(qiáng)度增至10%時(shí)，功率降低11.35%，測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)增加了19.86dB