S型叶尖对风力机气动噪声的影响研究

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1、第33卷第8期可再生能源Vol.33No.82015年8月RenewableEnergyResourcesAug.2015S型叶尖对风力机气动噪声的影响研究1，2111张立茹，吴林泉，朱生华，邬果昉（1.内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古呼和浩特010051；2.风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特010051）摘要：运用延迟分离涡模拟（DDES）对传统直叶尖风轮和S型叶尖风轮尾迹流场声场进行研究，重点对风轮输出功率、叶尖区域声辐射进行了分析。结果表明：S型叶尖风轮输出功率提高；所选观测点上S型叶尖风轮总声压

2、级为96.12dB，比传统直叶尖风轮减少2dB；S型叶尖频谱图中声压级总体处于20~40dB，比传统直叶尖低10dB左右，声压级降低效果比较明显；风轮辐射声总声压级随着测点距离远离风轮逐渐衰减，S型叶尖风轮的总声压级比传统叶尖风轮低，降幅在1~8dB；相对于传统直叶尖风轮，S型叶尖风轮在4条所选观测线上总声压级降低幅度分别增大了22.0%，24.6%，29.6%，46.0%。沿着半径增大方向，S型叶尖的总声压级的降低幅度要大于传统直叶尖，辐射声降低效果明显。DES方法对于风力机流场声场的模拟计算是可行的。关键词：水平轴风力机；S型叶尖；

3、延迟分离涡模拟；叶尖涡；声辐射中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）08-1164-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.08.008[4]0前言意的精度。ST’EPHANEGALDEAN运用DDES20世纪末，为了更好地模拟大分离流动，研和F-WH方程对他们设计的一个新机翼的噪声究者提出了一种新的数值模拟方法———RANS/进行了模拟计算，并将计算结果和实验数据进行LES（雷诺平均模拟方法/大涡模拟方法）混合模拟了比对，结果表明，计算得到的数据和实验数据十方法。

4、其中最有代表性且得到深入研究和广泛应分吻合。[1][5]用的是由Spalart在1997年提出的分离涡模拟李艳对涡轮叶栅流动分离涡进行了模拟计方法（DES）。它的基本思想是在近壁面的附面层算，采用了DDES模型分析，结果表明，在分析透内采用RANS方法模拟其中的小尺度脉动运动；平叶栅内部亚音速流动时，DDES模型可以实现[6]在远离物面的区域，采用LES方法较准确地模拟RANS方法和LES方法计算域的合理划分。陈龙大分离流动。这样既能在附面层内发挥前者计算用DES方法对空腔噪声进行了数值模拟，对比了量小的优点，又可在远离物面的区域对大尺

5、度分湍流模型DES数值模拟、实验值和其他学者数值离涡进行较好的模拟。经过学者们对DES的运用模拟得到的压强脉动和声压级频谱，表明了DES后发现DES会表现出网格敏感性，LES方法计算方法在进行超音速空腔非定常数值模拟时的可行域“侵入”大部分边界层，而此时边界层网格密度性。又达不到LES方法的要求，最终使计算精度降风力机叶尖区域对叶尖涡的产生、脱落、噪声低。学者们对DES进行修改，加入延迟控制函数，的辐射传播以及对整个尾迹流场，乃至输出功率[2][7]，[8]得到延迟分离涡模拟（DDES），实现了RANS方都有很大影响。合理地改变叶尖结构

6、可以提高法和LES方法计算域的合理划分，保证边界层执风轮输出功率，降低风力机声辐射强度。行雷诺平均，避免应力损耗。本文采用基于Menterk-ωSST方程湍流模[3]2002年，DSquires详细介绍了基于Spalart-型的DDES方法，对传统直叶尖和S型叶尖进行Allmaras方程模型（S-A模型）的DDES方法，总了流场和声场的数值模拟，重点分析了改变叶尖结了对圆柱、飞机机身和战斗机整机外流场的模结构对噪声总声压级的产生和传播影响。拟结果，与试验数据相比，计算结果达到了令人满1物理数学模型收稿日期：2015-03-04。基金项目

7、：内蒙古工业大学科学研究项目（ZD201404）。作者简介：张立茹（1975-），女，博士研究生，副教授，主要从事风能利用技术的研究工作。E-mail：zlr@imut.edu.cn·1164·张立茹，等S型叶尖对风力机气动噪声的影响研究1.1模型建立vt+vrd=（2）2本文的几何模型依据内蒙古工业大学风能太姨ui，jui，jkd阳能利用技术省部共建教育部重点实验室的风洞式中：rd被视为当地湍流尺度与距离壁面距离的实验室1：1建立，样机为三叶片水平轴风力机，翼比值；vt为湍流黏性系数；v为层流运动黏性系型为NACA4415，直径为1.

8、4m，额定风速为8m/s，数；ui,j为速度梯度；k为Karman常数，取值0.41；额定尖速比为5，额定功率为100W；将与风轮旋实验常数cd取值8。转轴垂直且通过风力机叶片叶尖翼型前缘点的平由于要对风轮