水平轴风力机气动噪声的数值模拟及优化

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1、分类号学号M201271078学校代码10487密级硕士学位论文水平轴风力机气动噪声的数值模拟及优化学位申请人：刘闪闪学科专业：流体机械及工程指导教师：李学敏副教授答辩日期：2015年5月21日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationandOptimizationofAerodynamicNoiseonHorizontalAxisWindTurbine:Candidate:LiuShanshan:

2、Major:FluidMachinery:andEngineeringSupervisor:Assoc:.Prof.LixueminHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日

3、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□在____年解密后适用本授权书本论文属于不保密□（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要近10年随着中国风能的开发，风能利用中的环境问题也逐渐受到关注。除了建设风场造成的植被破坏、地貌破坏、占用耕地和牧场等，风力机噪声也是一个非常关键

4、的环境问题。噪声问题已经是风场附近居民抱怨的首要问题，对人居环境、牧场的影响都很大。风力机的噪声包括气动噪声和机械噪声，而气动噪声是其主要声源。气动噪声声源一般处于运动的叶片表面及叶片附近的非定常流场中，难以通过常规的机械噪声抑制策略（例如隔振、封闭机舱、吸声材料）来减噪。近年来，随着新型风力机直径的进一步增大，叶尖速比继续提高，叶尖的气动噪声问题会变得更加显著。本文主要是研究两种减噪方案的减噪效果和流场特点，寻求适宜于风力机叶片的减噪策略。对大型风力机的一些减噪措施提出建议。在第三章中，本文通过数值模拟，主要计算了原型及两种优化方案（前缘波浪型、表面抽吸孔型）的气动及噪声问

5、题，分别对比了不同方案的总体噪声、升阻力系数、四极子分布及边界层特征。经过比较发现，前缘波浪型和表面抽吸方案都可以减弱总体噪声，其中抽吸方案稍好。前缘波浪型的叶片结构方式简单，不需要在机翼内部添加抽吸装置，但减噪效果稍逊于抽吸方案，同时对机翼升阻比影响较大。抽吸方案减噪效果更好，升阻力系数变化较小，可以维持机翼的高的气动效率，但是结构复杂，并且抽吸速率需要进行比较合理的控制。第四章主要是对NRELPhaseVI上风型风力机某一工况（7m/s）的气动噪声及其流动特性进行了非定常RANS/LES数值模拟，从结果可以看出，大尺寸叶轮的四极子噪声变得更加显著，减弱四极子噪声将会对风力

6、机气动噪声起着关键作用。结合第三章的结论，本文建议，针对叶尖气动噪声，适宜采用抽吸方案，而中部叶片区域及根部，宜采用波浪前缘或钝尾缘这些方案，不影响内部结构强度的基础上减小气动噪声。关键词：水平轴风力机气动性能气动噪声IABSTRACTTheenvironmentalproblemofwindenergyusinghasbeencatchingalotofattentionbecauseofthewindresourcesdevelopmentandutilizationrecenttenyears.Despitethedestructionofvegetation,land

7、scape,cultivatedlandandpasturecausedduringthewindfarminstruction,thenoisecausedduringwindturbineoperationhasbeenthekeyenvironmentalproblem,whichbecomestheprimaryproblemcomplainedbythepeoplelocatedneartheranch.Thenoisecausedbywindturbinecanbedividedintotw