基于风力机钝尾翼型的仿生降噪分析及研究

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伴随我国风电产业的迅速发展,风力机趋向大型化发展,在追求风力机高气动性能的同时,其在运行时产生的噪声问题亦不可忽视。噪声不仅会造成风力机设备结构的疲劳和破坏,还会产生环境污染,影响人们的正常学习、工作及休息。风力机产生的噪声分为机械噪声和气动噪声,随着机械结构的改进,其机械噪声已经大幅度降低,因此,气动噪声成为现阶段风力机噪声研究的主要方向。应用ANSYS软件模拟分析风力机专用翼型DU25、航空翼型NACA63412在不同钝尾厚度、不同攻角下的气动性能及噪声特性。在雷诺数Re=8.5×105下,当攻角较小时,相同攻角下DU25翼型的升阻比随钝尾厚度的增加而增大;当攻角大于6°后,相同攻角下随着翼型钝尾厚度的增加,翼型升阻比反而减小。钝尾结构加速形成尾涡结构,破坏压力的周期性波动,影响压力面附近及近尾迹区剪切层的流动,使翼型气动噪声迅速增加。针对风力机钝尾翼型在提高气动性能的同时产生的气动噪声问题,结合目前国内外研究学者仿生降噪研究基础上,根据长耳鸮翅膀的锯齿尾缘、座头鲸鳍肢前缘的特殊结节结构提出了常规三角锯齿尾缘、椭圆形锯齿尾缘、二级锯齿尾缘及正弦型前缘、四次均匀B样条前缘结构,分别将其布置于DU25-2钝尾翼型叶片上。采用LES/FW-H方法对各仿生叶片进行数值模拟分析,得到仿生翼型叶片的升力系数对比图、升阻比对比图、声压频谱图、声压指向性图,分析各仿生结构不同参数的降噪效果。综合前缘及尾缘结构中最佳降噪效果的仿生结构,将其同时布置于DU25-2钝尾翼型上,模拟仿真综合仿生翼型叶片在雷诺数Re=8.5×105下各攻角的气动性能、声压频谱图及声压指向性图的变化,并选取截面z=25 mm处的压力云图、速度云图、涡量云图,分析综合仿生翼型叶片中各结构的降噪机理。最后根据本文研究内容对风力机仿生翼型叶片的降噪效果进行实验研究,比较风洞试验结果与数值仿真结果,二者结果相吻合,验证了仿生结构叶片的降噪效果。
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