风轮近尾迹声辐射与流动相关性的实验探索

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:201211001300硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：动力机械及工程论文题目：风轮近尾迹声辐射与流动相关性的实验探索英文题目：TestonCorrelationofSoundRadiationandFlowinNearWakeofRotor学生姓名：陈天阁导师姓名：高志鹰教授二○一五年六月内蒙古工业大学硕士学位论文内蒙古工业大学硕士学位论文摘要风能可永续利用的资源特点决定了其作为可持续发展能源的地位，同时零排放的特点使其具有化石能源无法比拟的优势，但风力机的噪声问题也成为制约其广泛应用的因素之一。风力机的噪声与风轮近尾迹

2、流动息息相关。本文在风洞开口实验段，采用噪声测试分析系统和热线风速仪，同步采集水平轴风力机近尾迹内10个截面、13个方位角1040个测点的声场和流场信息，并对噪声数据与流动数据进行相关的计算，初步分析了近尾迹声辐射与流动之间的关联性。声信号的频谱中，低频段存在与风轮旋转基频成谐波关系、幅值随着阶次升高而降低的叶片通过噪声；高频段的涡流噪声无明显峰值，是一种随着频率升高噪声能量逐渐衰减的宽带噪声。声压分析结果表明，叶片中部的噪声整体高于叶尖位置，声的指向性造成声压沿周向分布不均匀，随着测试截面的后移，声压级呈衰减的趋势。各测试截面的轴向平均速度分布规律显示，从风轮旋转轴沿径向向外，速度均为

3、先减小后增大，最大的速度衰减位置位于相对半径0.7R~0.85R之间。叶尖涡比中心涡的影响区域大，但是速度衰减程度比中心涡区域小；由于风力机塔架绕流的影响，造成速度衰减程度沿周向的不均匀分布，随着测试截面的后移速度衰减区域增大，表明尾流不断向下游发展扩散。通过风轮近尾迹噪声辐射规律与流场分布规律对比分析发现，轴向平均速度与声压级有相同的变化趋势，两者存在显著相关性。脉动速度均方根与声压级只在一定范围内变化规律相同，两者之间也存在着明显的差异性，说明相关性较轴向平均速度与声压级的相关性弱。统计分析得到的相关系数也显示，轴向平均速度及脉动速度均方根均与声压级存在显著相关性，而由于湍流度在整个

4、尾迹区域内分布的高度不均匀性，使得两者之间的相关性比较微弱。分析表明，噪声与流动存在着不可分割的内在关联性。本文在低速风洞开口实验段，成功地将噪声与流场测试技术应用于水平轴风力机的测试，实现了噪声参数与流动参数的同步采集，实验数据处理得到近尾迹区域内的噪声辐射与流场分布规律，对比分析结果显示声辐射与近尾迹流动存在着对应关系。研究结果表明，采用麦克风与热线探头的多点测试手段能够较好的捕获近尾迹内的声场与流动信息，为水平轴风力机模拟计算结果的验证提供了数据，为高性能、低噪声风力机的设计积累了实验经验。关键词：水平轴风力机；近尾迹；声辐射；脉动速度内蒙古工业大学硕士学位论文ABSTRACTTh

5、echaracteristicofpermanentutilizationdecidesthatwindenergyisakindofsustainabledevelopmentenergy.Meanwhile,thecharacteristicofzerodischargemakeswindenergyhaveadvantagesthatfossilenergyhasnot,butthenoiseproblemofwindturbineisafactorthatrestrictsapplicationwidely.Theresearchonthenoiseofwindturbinere

6、latestothecharacteristicsofthewakeflowfield.Sothispaperhasatestonwakesoundandflowfieldofhorizontalaxiswindturbinebasedontheexperimentaltestinthewindtunnelopensegment,analyzesthenoiseandflowparametersandobtainstheinternalrelationsoftheacousticradiationwithflowpreliminarily.Thefrequencyspectrumanal

7、ysisfoundthatthemaxamplitudeisupto90dBfrom0Hzto30Hzonthewholefrequencyspectrum.Thenoiseiscausedbymechanicalstructure,andthevalueofthenoiseishigherthantheaerodynamicnoisespreadingviatheair.Atthelowerfrequencyarea,bladen