低噪声风力机翼型设计方法及实验分析

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1、2015年1月第41卷第1期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJanuary2015V01．4lNO．1http：／／bhxb．buaa．edu．CHjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0072低噪声风力机翼型设计方法及实验分析汪泉★1，陈进2，程江涛2⋯，王君1，孙金风1，游颖1(1．湖北工业大学机械工程学院，武汉430068；2．重庆大学机械工程学院，重庆4000303．丹麦技术大学机械工

2、程学院，灵比DK．2800)摘要：为了研究风力机翼型的噪声特性，基于翼型泛函集成理论与翼型噪声计算模型，建立了低噪声翼型优化设计数学模型，提出在设计攻角情况下升阻比与噪声比值最大为目标函数，对优化后的新翼型CQU—DTU—B18翼型与NACA-64．618翼型在相同的风洞实验及风速条件下进行了噪声对比分析．研究表明，理论噪声计算模型虽然与实验数据有一定的偏差，但是翼型的升压级随频率的变化趋势是一致的，表明了翼型噪声计算模型的准确性；相比NACA．64—618翼型，CQU．DTU．B18翼型具有更低的噪声特性，从而验证了该设计方法的可行性．对于如何设

3、计低噪声翼型及怎样降低翼型噪声具有重要的指导作用．关键词：风力机翼型；噪声；风洞实验；声压级；频率中图分类号：TK83；THl2文献标识码：A文章编号：100l-5965(2015)01-0023-06风能是一种绿色可再生能源，取之不尽，用之不竭，随着风力机的迅速发展与应用，风轮尺寸越来越大，运行过程中产生的噪声也越来越严重，对周围噪声环境的影响也受到人们的广泛关注．按照不同声源风力机噪声可分为机械噪声和气动噪声．由于目前的机械制造水平及技术的不断提高，机械噪声可以较好的控制，而降低风力机的气动噪声成为目前研究的关键问题．风力机的气动噪声按照噪声产

4、生的机理可分为低频噪声、来流噪声和翼型自身噪声3种⋯．美国可再生能源实验室的Brooks等∽1在总结NACA-0012翼型噪声风洞实验的基础上，提出了一种半经验的风力机翼型噪声计算模型(简称BPM模型)．该模型计算速度和精度可满足工程实际需求，是目前翼型噪声计算使用最广泛的方法之一．Zhu等¨1基于这种半经验公式，引入动量叶素理论，考虑翼型的边界层特性，提出了一种适用于风力机翼型的修正经验模型，并与实验结果对比从而验证了该模型的准确性．司海青等H1研究了数值预测风力机气动噪声的一种半经验模型，并将计算结果与实验数据进行了对比，从而验证半经验模型的有

5、效性．余雷等¨1采用非线性计算气动声学方法和基于雷诺平均NS方程计算流体力学方法对常规后缘风力机翼型及其修型后的钝后缘翼型的气动噪声进行了计算，并讨论了这两种计算方法不同的数值模拟能力．Singh等‘61针对小型风力机翼型，设计出了低雷诺数条件下的新型翼型，并将数值计算与风洞实验进行了对比，揭示其流动机理．然而，以上研究均是对已有翼型进行噪声特性研究，很少有对低噪声翼型进行优化设计及噪声实验验证；虽然风力机翼型的数值计算及实验验证的相关研究较多‘7。13]，且研究成果显著，但是缺乏相关收稿日期：2014-02-24；录用日期：2014-05—30；

6、网络出版时间：2014-07-0116：53网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0072．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(51405140)；国家863计划资助项目(2012AA051301)；湖北工业大学博士科研启动金资助项目(BSQDl3016)+通讯作者：汪泉(1984～)，男，湖北武汉人，讲师，quan—wan92003@163．tom，主要研究方向为机械系统优化设计及可再生能源装备设计理论与方法．引用格式：扛泉，脒进，程江涛，等．低噪声风力机翼型设

7、计方法及实验分析fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41fJ)：23_28．WangQ．Chenj．ChengjT．eta1．Windturbineairfoildesignmethodwithlownoiseandexperimentalanalysis【j]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2015，41(J)：23—28(inChinese)．北京航空航天大学学报2015年的噪声研究及实验验证．因此，本文基于翼型泛函集成理论及翼型噪声计算模型，将RFOIL与BP

8、M模型耦合求解翼型噪声特性；提出以升阻比与噪声比值为设计目标函数，建立低噪声风力机翼型优化数学模型，对优化后的新翼型进行气