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基于网格测试的风轮叶尖尾迹区声辐射研究

作　者: 白杨
导　师: 汪建文
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 风力机声辐射近尾迹小翼
分类号: TK83
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 21次
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内容摘要

运行速度和气动载荷相对较高的叶尖区域是风轮声辐射的主要声源区域,同时也是将风能转换为机械能的主要区域。所以将叶尖区域作为改善风力机性能和探索降噪途径的主要关注点,成为当前风力机降噪研究的热点。同时风轮叶尖噪声产生的物理机制至今尚未完全明确,因此叶尖区域噪声问题更加值得关注。作者搭建了简洁、有效,比较容易实现的声学试验平台,利用BSWA VS302USB振动噪声采集分析系统在风洞开口试验段,对不同尖速比条件下的水平轴风力机风轮叶尖下游近尾迹进行声辐射测试,对叶尖下游的辐射噪声频谱和声压进行了分析。并探索了风轮实现叶尖结构的改进,在叶尖加装V型与S型小翼,通过改善叶尖区域的流场,研究其对风轮近尾迹声辐射外特性的影响情况。试验研究结果表明:风轮旋转过程中,风力机叶尖辐射噪声频谱是由叶片通过频率的基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频噪声上而组成的,其中叶片离散的旋转噪声在总噪声级中占主导地位。由于在叶尖翼型后缘下游存在叶尖涡和附着涡诱导效应区,对于流场的扰动较大,在风轮叶尖区域叶片周围存在高压力脉动区域,大部分噪声主要是由叶片外围部分产生。风轮叶尖附加V型和S型小翼可以有效放大风轮功率。对加V型和S型小翼叶尖近尾迹声辐射的测试结果表明,加小翼风轮叶尖区的近尾迹声辐射规律与不加小翼时相似,但是加装V型或S型小翼风轮叶尖区噪声都有不同程度的降低。加装S型小翼风轮平均降噪效果要优于V型小翼。同时加装S型次优小翼风轮降噪效果最佳,在测试范围内降噪幅度为2~7dB。小翼特殊结构改善了叶尖的气动特性,降低叶尖涡的出现频率,破坏了叶尖涡结构,改善了流场内的速度分布,使叶尖流场区域的压力脉动更加均匀稳定,并且使风轮下游内部尾迹区减小,减少叶尖能量损失。降低了声辐射的强度。风轮近尾迹的叶尖辐射噪声情况与风轮近尾迹的流场和风轮的转能效果密切相关。开展水平轴风力机近尾迹辐射声的研究工作,得到了重要的实验数据,为提高水平轴风力机降低噪声的设计和计算提供了参考依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 噪声污染  9-10
    1.1.1 噪声的特点  9
    1.1.2 噪声的危害  9-10
  1.2 风力机噪声影响及研究现状  10-15
    1.2.1 风力机噪声问题  10
    1.2.2 风力机气动噪声的研究  10-15
  1.3 水平轴风力机叶尖加小翼研究  15-17
    1.3.1 风力机加小翼国外研究  15-16
    1.3.2 风力机加小翼国内研究  16-17
  1.4 课题背景及意义  17
  1.5 课题的研究内容  17-19
第二章理论基础  19-25
  2.1 风力机噪声特性  19-22
    2.1.1 噪声的度量  19-20
    2.1.2 风力机噪声源  20-22
  2.2 葛劳渥的风能旋涡理论  22
  2.3 风力机尾迹流动理论  22-23
  2.4 涡声理论  23-25
第三章试验设备  25-33
  3.1 试验风洞  25-26
  3.2 试验风力机  26
  3.3 实验仪器  26-29
    3.3.1 风速测量仪器  26-27
    3.3.2 输出监测系统  27-29
  3.4 噪声测试系统  29-31
    3.4.1 双通道声学分析仪  29-30
    3.4.2 MP201 传声器  30
    3.4.3 软件 Spectra LAB  30-31
    3.4.4 标准声源  31
    3.4.5 加速度传感器  31
  3.5 小翼结构及安装尺寸  31-33
第四章试验方案与试验参数  33-41
  4.1 试验方案  33-35
    4.1.1 试验方法  33-34
    4.1.2 测点布置  34-35
    4.1.3 试验内容  35
  4.2 风洞及转速控制参数  35
  4.3 双通道声学分析仪参数  35-40
    4.3.1 系统连接  35-36
    4.3.2 系统标定  36-37
    4.3.3 系统参数设定  37-40
  4.4 风洞结构参数  40-41
第五章试验结果与分析  41-55
  5.1 背景声分析  41-42
    5.1.1 纯背景声分析  41
    5.1.2 风洞背景声分析  41-42
  5.2 风轮叶尖近尾迹区域声辐射分析  42-48
    5.2.1 风轮辐射声基本理论  42-44
    5.2.2 风轮叶尖区辐射声频谱分析  44-45
    5.2.3 风轮叶尖区辐射声声压级分析  45-48
  5.3 小翼对风轮输出功率的影响  48-49
  5.4 小翼对风轮叶尖区域辐射声场影响分析  49-54
    5.4.1 小翼对风轮叶尖区辐射声频谱的影响  49-52
    5.4.2 小翼对风轮叶尖区辐射声声压级的影响分析  52-54
  5.5 小翼降噪机理分析  54-55
第六章结论和展望  55-57
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
在读期间取得的科研成果  63

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