基于仿生学结构的翼型降噪实验研究

本文运用平面传声器阵列研究了翼型常规尾缘、锯齿形尾缘及波浪形前缘的气动噪声,并在全消声室环境下实验研究了仿生学前缘、尾缘的降噪效果。设计的传声器阵列是同一平面上的单支螺旋线结构,用于二维平面声源定位。实验结果表明:在低湍流度、自由来流情况下,尾缘噪声超过前缘噪声,是翼型噪声的最主要来源,锯齿形尾缘能够有效地降低翼型的尾缘噪声;在较大的宽频范围内,锯齿形尾缘均起到很好的降噪效果,尾缘最大降噪量可以达到10 dB。而波浪形前缘的波长越短,对翼型尾缘的降噪量越明显;波浪形前缘对尾缘噪声的降噪效果在低频时较为明显,而在高频情况下,可以忽略不计。对于湍流-翼型干涉噪声的研究表明:湍流-翼型干涉噪声主要发生于翼型前缘,其声压级远大于尾缘;且锯齿尾缘几乎对湍流-翼型前缘干涉噪声的降噪没有贡献;波浪形前缘可以显著地降低湍流-翼型干涉噪声的声压级,达到良好的降噪效果。     

风力机非对称钝尾缘翼型优化设计方法研究

为了提高风力机钝尾缘翼型优化设计的精确性,提出设计变量计及尾缘厚度及其在中弧线上侧分配比的非对称钝尾缘翼型优化设计方法。采用风力机翼型型线集成理论和B样条曲线,建立钝尾缘翼型型线控制方程组。以翼型的形状函数系数、B样条控制参数以及钝尾缘厚度和其分配比为设计变量,利用粒子群算法耦合XFOIL软件进行钝尾缘翼型优化设计。针对S812翼型优化得到尾缘厚度2.61%c、厚度分配比0:1的钝尾缘改型,采用计算流体动力学方法研究翼型及其改型的气动性能和流场特性。结果表明:优化得到钝尾缘翼型的升力系数和最大升阻比均显著增大;钝尾缘翼型吸力面的气流在流场中发生下洗,改善了翼型表面压力分布,并引起翼型失速延迟,使得翼型的气动性能明显提高。     

叶片锯齿尾缘对降低空调室外机气动噪声影响的试验研究

依据现有的叶片尾迹宽度计算公式,计算了一空调室外机风机叶片的尾迹宽度,然后,以此尾迹宽度为参考基准,设计了两组不同形状和大小的锯齿形叶片尾缘,制作并试验研究了锯齿形尾缘对风机气动噪声的影响规律。结果表明,锯齿尾缘有明显降噪效果,正弦形锯齿较正三角形更好。锯齿尾缘通过降低宽频噪声降噪,而对离散噪声影响很小。采用与叶片尾迹...     

正弦锯齿尾缘对轴流风机尾迹及气动性能的影响

轴流风机尾缘涡脱落是产生噪声的重要因素,为改善尾迹流动来降低风机噪声,通过在轴流风机尾缘添加一种正弦形锯齿结构,采用定常及非定常数值模拟的手段结合实验验证的方式,分析其对轴流风机尾迹和气动性能的影响。研究结果显示,正弦锯齿结构削弱了叶片尾缘做功能力,使得风机全压降低,但提升了中小流量工况下风机效率;并能减弱叶片中部以下位置的尾迹强度,且对尾迹的抑制作用从叶片部底到中部逐渐减弱;以增加转速的方式补偿锯齿结构引起的压损,对原型风机和提升转速后的尾缘锯齿结构风机在设计流量点进行噪声数值预测分析,结果显示低频段噪声比原型机有明显改善,表明这种尾缘正弦形锯齿结构一定程度上是一种抑制轴流风机低频噪声的有效途径。     

钝尾缘翼型非定常气动特性及机理

钝尾缘翼型气动特性受到尾涡脱落的影响,在翼型DU 91-W2-250的基础上对称加厚得到了新钝尾缘翼型DU91-W2-250_6,利用密网格进行了非定常气动特性的数值研究。在各个攻角下钝尾缘翼型气动特性都具有周期性的特点,具体的波动特征如波动幅值及周期等则受脱落涡的大小、脱落位置及尾迹宽度的影响,而升力系数波峰、波谷则分别出现在顺时针涡及逆时针涡脱落的时刻。     

凹槽对风力机叶片尾缘襟翼性能的影响

本文采用单方程S—A湍流模型计算了尾缘襟翼与主体翼型连接处的凹槽对二维翼型气动特性及流场的影响。选用带有30％弦长固定偏斜20°角度尾缘襟翼的NACA0015翼型作为研究对象,分析了流场的相关特性。数值计算结果表明：凹槽对于带有尾缘襟翼的二维翼型气动特性有一定影响,在负攻角及较小正攻角时,减小翼型升力系数;随着攻角增大...     

尾缘结构变化对空调外机轴流风叶声场的影响*

为探索空调外机轴流风叶尾缘结构变化引起的气动声学变化,参照国标噪声测量方法,搭建传声器阵列,测量不同尾缘结构风叶在不同转速下的声压级信息;采用波束形成技术,探究不同尾缘结构风叶在不同转速下的声源位置分布规律。结果表明：与原风叶对比,尾缘凹陷结构风叶、尾缘微孔结构风叶、尾缘锯齿结构风叶均能有效降低气动噪声,其中尾缘凹陷结构风叶可降低噪声1.93 dB-2.78 dB;原风叶、尾缘微孔结构风叶、尾缘锯齿结构风叶声源位置随频段的增加逐渐远离旋转中心,其中在频段Ⅰ四种风叶声源位置都位于轮毂和叶根附近,在频段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ尾缘凹陷结构风叶声源位置分布在尾缘凹陷结构区域附近。为优化风叶气动声学性能提供试验参考。     

风力机翼型尾缘襟翼动态特性分析

采用计算流体力学方法研究了带有运动尾缘襟翼的风力机翼型,考察了襟翼偏转角频率对翼型气动参数及非定常特性的影响。结果表明:多数情况下,翼型升力系数滞后于偏转角变化,且相位差随着角频率的增加先增大后减小;尾缘襟翼改变升力系数的能力随着角频率的增加而减小;以尾缘襟翼长度为特征尺度定义的襟翼折合频率可作为尾缘襟翼问题非定常特性的判断准则,当该折合频率大于或接近0.01时,流场具有明显的非定常特性。     

翼型气动性能改进的实验研究

１引言如何使翼型的气动性能不断得到提高,一直是流体力学研究的核心课题之一。随流体力学的不断发展与完善,对翼型绕流有了更深、更全面的认识,也提出了更多的改进翼型气动性能的方法。当前被广泛使用的亚音速翼型是在本世纪上半叶发展成熟起来的,近年来在机翼减阻及高升力翼型研究的推动下［１－２］,对翼型绕流有了新的认识,尤其是对翼型尾缘的作用有了更深的理解,相应地通过各种翼型的尾部处理［３］,以达到增升／减阻的目的,如环量控制翼型及各种尾缘处理形式。本文实验结果表明,通过对ＮＡＣＡ００１２翼型尾部（３０％弦长…     

表面粗糙度对翼型气动特性影响的数值模拟

本文采用CFD数值模拟方法结合概率配点法研究了当翼型表面粗糙度存在不确定性变化时,NREL_S825风力机翼型的气动特性与绕流场参数分布。获得了两种特征攻角下翼型气动特性的变化,以及不确定性在绕流场中的传播。研究结果表明,升力系数对粗糙度的不确定性较为敏感。粗糙度不确定性对翼型绕流场的影响主要出现在翼型前缘、尾缘和分离区等速度梯度较大区域,并且吸力面压力系数分布对粗糙度的敏感性明显高于压力面。     

叶顶端翼提升主动襟翼叶型气动性能的数值研究

本文在振荡来流条件下,数值模拟叶顶端翼对加装主动Gurney襟翼的垂直轴风力机叶片非定常气动特性的影响。采用NACA0015翼型的直叶片,并在尾缘前6%弦长位置安装主动襟翼。在最大出力工况(折合频率为0.1)下,对比原型叶片,加装主动襟翼叶片的切向力系数提高了4.47%,安装有叶顶端翼的主动襟翼叶片的切向力系数提高21.18%。通过比较叶片端部涡结构分布,发现叶顶端翼不仅阻止了叶片压力面及吸力面的叶梢涡分支在尾缘处汇合,同时也隔断了主动襟翼产生的角涡与叶梢涡的融合,有效的降低了叶片端部损失,提升了风力机的整体性能。     

风力机叶片气动噪声的影响参数*

随着风力机的大型化,风电机组对环境的影响不容忽视,必须对风力机气动噪声进行预测和控制。选取基于NACA、DU翼型的某风力机叶片作为研究基准,采用修正BPM半经验模型计算叶片的气动噪声特性,通过改变翼型族、弦长、机组运行状态、风切变指数、来流风向参数,研究叶片外形几何参数、机组运行工况对叶片气动噪声源的影响。计算结果从多个角度总结出水平轴风力机叶片气动噪声的变化规律,为开发高效低噪风电叶片提供参考。     

Wind turbine noise measurement using a compact microphone array with advanced deconvolution algorithms

This paper experimentally investigates the noise from a large wind turbine (GE 1.5 MW) with a compact microphone array (OptiNav 24) using advanced deconvolution based beamforming methods, such as DAMAS and CLEAN-SC beamforming algorithms, for data reduction. Our study focuses on the ability of a compact microphone array to successfully locate both mechanical and aerodynamic noise sources on the wind turbine. Several interesting results have emerged from this study: (i) A compact microphone array is sufficient to perform a detailed study on wind turbine noise if advanced deconvolution methods are applied. (ii) Noise sources on the blade and on the nacelle can clearly be separated. (iii) Noise of the blades is dominated by trailing edge noise which is frequency dependent and is distributed along the length of the blade with the dominant noise source closer to the tip of the blade. (iv) The LP and DAMAS algorithms represent the distributed trailing edge noise source better than CLEAN-SC and classical beamforming. (v) Additional tonal noise produced during yawing operation is believed to be radiating from the tower of the wind turbine that acts like a resonator. (vi) Ground reflection is not believed to have a significant effect on noise source location estimates in this study.     

海上风电叶片智能控制实验系统研制及控制效果分析

随着风力机大型化发展,叶片尾缘襟翼控制技术,作为叶片流场主动控制的一种有效手段,能够有效、快速、灵活地降低叶片载荷,提高风力机,特别是大型风力机的可靠性、经济性,该技术受到国内外的广泛关注。为深入了解叶片襟翼实际作用效果及降载机制,在大量数值仿真计算工作基础上,需进一步开展带有襟翼控制的模型风力机风洞实验工作。本文在相似准则基础上,引入叶片展向环量、Polar线相似条件,对NREL 5 MW风力机叶片按1:105进行缩比设计,采用伺服电机驱动襟翼的结构方案对叶片参数进行修正,并根据BEM理论优化带有襟翼叶片的气动性能,最终确定带有襟翼控制的风力机叶片设计方案。最后利用气弹耦合仿真计算平台对带有襟翼控制的模型风力机进行性能计算,确定理想实验工况点及对应的降载效果。本文所开展的工作不仅能够为叶片缩比设计提供新思路,更有意义的是为襟翼控制系统在叶片中的实现提供有效借鉴。     

后掠叶片锯齿尾缘宽频噪声实验研究

本文采用线性传声器阵列分别对具有常规尾缘及锯齿形尾缘的后掠叶片的尾缘噪声进行了实验测量;运用CLEAN-SC数据处理方法精确地识别出叶片尾缘噪声的声学参数.并且基于多组实验结果的对比,深入研究了不同的尾缘锯齿长度、周期、几何比例对后掠叶片尾缘噪声降噪效果的影响.实验结果表明:在低湍流度、自由来流情况下,在总声压级降噪方...     

基于正交设计的风力机翼型尾缘襟翼参数分析

引入试验中正交设计的思想,通过数值模拟研究了风力机翼型尾缘襟翼不同参数的影响。采用带有转捩模型的SST k-ω湍流模型模拟了基于S809的尾缘襟翼的尺寸、偏斜角度和形状的影响。结果表明:尾缘襟翼尺寸、偏斜角度对于翼型相关气动参数影响较大,在考查参数范围内折中采用10%弦长、偏斜10°的尾缘襟翼综合性能较好;尾缘襟翼形状函数影响相对较小,采用变化较平缓的尾缘襟翼有利于保持流动稳定性。     

5kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机优化设计

本文详细介绍了5 kW遮蔽-增速垂直轴风力机的结构特点及主要参数。利用正交优化设计方法,采用计算流体力学软件,针对5 kW风力机,在叶片个数和遮蔽板安装位置半径一定的情况下,对翼型弦长、叶片转动扫掠面的半径、风轮旋转速度、遮蔽-增速板个数、遮蔽-增速板与叶片间的气动间隙以及遮蔽-增速板的安装角六个参数进行优化计算,找出一组最佳设计参数,进而设计出5 kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机,并对设计出的有遮蔽板与无遮蔽板两类型风力机的变工况特性进行比较分析。     

风力机叶片21%相对厚度翼型粗糙敏感性研究

基于变速变桨水平轴风力机,依据动量叶素理论和风力机实例,分析得出了叶片外侧翼型(包括21%相对厚度翼型)在低于额定风速变速运行阶段的粗糙敏感性评价指标为升力系数和升阻比的下降率;提出了根据升、阻力系数对输出功率的作用大小来确定两粗糙敏感性评价指标权重系数的方法,并用实例演示了21%相对厚度翼型粗糙敏感性评判基准的获得;另外,通过正交设计、XFOIL软件几何造型与气动计算和方差分析得出了翼型各几何参数在不同雷诺数下对粗糙敏感性不同评价指标的影响程度和最优组合是不一样的。本文结论可为不同风况下风力机翼型的设计和粗糙敏感性评价提供参考。     

任意空间曲面三元叶轮叶片厚度对气动性能的影响

以任意空间曲面三元闭式叶轮为对象,研究了不同展向和流向叶片厚度分布方案对离心压缩机气动性能的影响。数值结果表明:对等厚叶片沿展向和流向进行合理地削薄,均能在基本不改变小流量工况性能的情况下,显著提升大流量工况的性能。展向削薄叶片和流向削薄叶片带来的性能提升幅度可以叠加,通过组合叶片厚度分布改型,本文压缩机设计工况点等熵效率提升了约2.08%。相比于沿流向削薄前缘和尾缘厚度,沿展向削薄叶尖厚度具有更大的性能提升能力。研究工作为三元闭式离心压缩机叶轮的优化设计提供了有益的参考。     

An experimental study of airfoil instability tonal noise with trailing edge serrations

This paper presents an experimental study of the effect of trailing edge serrations on airfoil instability noise. Detailed aeroacoustic measurements are presented of the noise radiated by an NACA-0012 airfoil with trailing edge serrations in a low to moderate speed flow under acoustical free field conditions. The existence of a separated boundary layer near the trailing edge of the airfoil at an angle of attack of 4.2 degree has been experimentally identified by a surface mounted hot-film arrays technique. Hot-wire results have shown that the saw-tooth surface can trigger a bypass transition and prevent the boundary layer from becoming separated. Without the separated boundary layer to act as an amplifier for the incoming Tollmien–Schlichting waves, the intensity and spectral characteristic of the radiated tonal noise can be affected depending upon the serration geometry. Particle Imaging Velocimetry (PIV) measurements of the airfoil wakes for a straight and serrated trailing edge are also reported in this paper. These measurements show that localized normal-component velocity fluctuations that are present in a small region of the wake from the laminar airfoil become weakened once serrations are introduced. Owing to the above unique characteristics of the serrated trailing edges, we are able to further investigate the mechanisms of airfoil instability tonal noise with special emphasis on the assessment of the wake and non-wake based aeroacoustic feedback models. It has been shown that the instability tonal noise generated at an angle of attack below approximately one degree could involve several complex mechanisms. On the other hand, the non-wake based aeroacoustic feedback mechanism alone is sufficient to predict all discrete tone frequencies accurately when the airfoil is at a moderate angle of attack.