葉尖形狀對風(fēng)力機(jī)功率及氣動(dòng)噪聲影響的數(shù)值研究.pdf

1、水平軸風(fēng)力機(jī)葉片葉尖部分對風(fēng)力機(jī)尾跡流場、聲場的影響一直是國內(nèi)外學(xué)者探討研究的重心所在。該區(qū)域?qū)θ~尖渦的產(chǎn)生脫落、噪聲的輻射傳播以及對整個(gè)尾跡流場乃至輸出功率都有很大影響。本文在國內(nèi)首次嘗試將改進(jìn)的延遲分離渦模擬（IDDES）方法和FW-H方程相結(jié)合，就葉尖結(jié)構(gòu)的改變對水平軸風(fēng)力機(jī)的流場和聲場的影響進(jìn)行了分析。
　　本文對水平軸風(fēng)力機(jī)流場和聲場進(jìn)行了數(shù)值模擬，在大量的文獻(xiàn)閱讀和對基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建實(shí)物模型，通過網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)

2、證選取了計(jì)算網(wǎng)格，湍流模型選取IDDES，聲學(xué)方程選用FW-H方程，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)采用滑移網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對不同風(fēng)速、不同尖速比下各工況的風(fēng)輪輸出功率及聲輻射傳播規(guī)律進(jìn)行分析并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對；對額定工況風(fēng)輪表面聲壓脈動(dòng)和聲壓頻譜圖進(jìn)行分析。在額定工況下，對葉尖為S型和三種槽型的風(fēng)力機(jī)的功率和聲輻射傳播規(guī)律進(jìn)行分析并與傳統(tǒng)葉尖風(fēng)力機(jī)進(jìn)行對比，并運(yùn)用正交優(yōu)化法對S型葉尖小翼進(jìn)行優(yōu)化。對25組添加S型小翼的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪輸出功率和測試點(diǎn)噪聲進(jìn)行了雙

3、目標(biāo)正交優(yōu)化。
　　數(shù)值計(jì)算得到，風(fēng)輪輸出功率隨著尖速比先增大后減小，與實(shí)驗(yàn)基本擬合；得到了完整的風(fēng)力機(jī)尾跡流場渦分布圖，分析了葉尖渦、中心渦等的產(chǎn)生和傳播規(guī)律；聲壓脈動(dòng)的時(shí)均值的最大區(qū)域集中在風(fēng)輪葉尖部位，葉尖區(qū)域噪聲最大；由輻射聲頻譜圖得到了葉片旋轉(zhuǎn)聲基頻和葉尖渦脫落頻率；分析了總聲壓級(jí)隨著遠(yuǎn)離風(fēng)輪各個(gè)方向的傳播規(guī)律和降低幅度。
　　S型葉尖風(fēng)輪輸出功率比傳統(tǒng)葉尖風(fēng)輪提高了4.23％；總聲壓級(jí)比傳統(tǒng)葉尖風(fēng)輪低，沿著x軸方

4、向總聲壓級(jí)降低幅度逐漸增大，降幅在1~8dB，隨著徑向距離增大，沿x軸方向總聲壓級(jí)的降低幅度要大于傳統(tǒng)葉尖風(fēng)輪。
　　相比于傳統(tǒng)葉尖風(fēng)輪，齒形槽和弧形槽風(fēng)輪的風(fēng)輪輸出功率分別增大了-0.51%、1.25%；二者總聲壓級(jí)降低效果優(yōu)于傳統(tǒng)葉尖，齒形槽葉尖效果最好，降低幅度在1~13dB。
　　正交優(yōu)化結(jié)果得到：得到了對風(fēng)輪輸出功率和測試點(diǎn)噪聲影響最大的是小翼寬度B和徑寬比i，最小的是長寬比j，后張角β只對功率放大影響大，圓弧設(shè)計(jì)