阵风入流下翼型凹变对风力机气动噪声影响研究

基于自然风非稳定性的特点，依据风力机各项参数拟合出阵风函数，对某S翼型水平轴风力机进行三维非稳态数值计算和试验，研究阵风入流和稳定入流下翼型凹变对尾迹辐射声频谱、声辐射传播和尾迹涡量耗散的影响。结果表明：翼型凹变可有效降低尾迹气动噪声，其基频及倍频声压级明显低于原始叶片；随着轴向距离增加，翼型凹变叶片降噪效果逐渐增大，在轴向500 mm处声压级最大降低3.6 dB，且阵风入流下翼型凹变降噪效果大于稳定入流。同时，翼型凹变叶片尾迹涡量明显降低，验证了翼型凹变降噪的有效性。     

扰动入流对风力机声辐射影响研究

基于漩涡法和实验条件修正入口边界条件,结合延迟分离涡湍流模型和K-FWH方程对某S翼型水平轴风力机进行三维非定常数值模拟,对比分析扰动入流对风轮表面脉动压力、辐射声频谱和声辐射传播的影响,并将相应数值模拟结果与实验数据进行对比分析。结果表明:扰动入流下,叶片表面各峰值脉动压力幅值不同,辐射声中高频宽带噪声出现新的峰值;总声压级在叶片径向0.57R处最大,随轴向距离的增大,总声压级下降,且在轴向距离小于500 mm时下降最快,接近叶尖位置测试线声压级出现和实验一致的跳变现象。     

动态入流对叶片气动性能和叶面压力分布影响的数值分析

基于稳定风、渐变风、阵风等入流方式,建立了不同变风阶段叶片气动载荷非稳态计算模型,研究了不同风速变化速率对叶片气动性能以及叶面压力分布的影响规律。研究结果表明,在相同风速下,不同风速变化率会对风轮输出转矩产生影响,且风的加速度越大,其影响越显著。同风速下的压力面渐变风压力小于稳定入流压力,且两种入流方式的压力差随展向位置逐渐增大,而吸力面上的压力分布差异较小,但压力变化梯度随展向位置却有明显不同。阵风入流中,在相同风速的阵风加速与阵风减速时刻,压力面、吸力面的压力分布差异较大,但其压差随叶片展向位置波动较小;在叶根到叶片展向位置0.7R处,阵风加速出力大于阵风减速;在0.7R处到叶尖位置,阵风减速出力效果相对更好。     

离心泵仿生叶片的降噪特性研究

采用仿生学思维对离心泵叶片出口进行仿生改造,结合CFD和噪声计算对设计工况下的流场和声场信息进行对比分析,用数值模拟方法验证其结构改进后的降噪效果。计算结果表明：采用仿生结构叶片能够有效的降低隔舌、蜗壳出口和叶轮流道内的湍流脉动强度,同时使流场中的涡结构尺度减小,控制流场中涡结构的分布范围,降低了离心泵内噪声源强度,达到降低噪声的目的。原模型和仿生叶片模型的压力脉动特征频率均为叶频及其低阶倍频,仿生叶片模型在各监测位置的压力脉动均比原模型有明显的降低;仿生叶片使各监测点噪声源强度降低,其出口3倍管径处的降噪效果最佳,总声压级下降3.62 dB,降噪率为3.20%;在隔舌处的总声压级下降1.15 dB,降噪率为0.67%,总体降噪率在0.67%～3.20%,达到了降噪的目的。     

狭缝高度对叶片气动噪声的影响

针对叶片的自噪声产生机理,以刨根波齿为对象,采用LES与FW-H混合方法研究狭缝高度对气动噪声的影响。获得雷诺数为2×10~5、0°攻角下叶片非定常流动及声场特性。数值结果表明:随着狭缝高度增大,增强叶片近壁面上的压力脉动,相对刨根高度为33%时压力脉动最小,尤其在波谷处的变化最为明显。总声压级随之增大,在相对狭缝高度33%时总声压级最低,在弦线方向的噪声最低可达8 dB,其他方向噪声也可降低2 dB以上。     

高压比离心压气机气动噪声数值预测

采用混合计算气动声学方法研究了高压比离心压气机气动噪声,首先计算了压气机非定常流动,获取了声源面上的时域脉动压力,进而通过间接声学边界元法(IBEM)预测了压气机气动噪声,并在增压器性能试验台上完成了相应的噪声测试.结果表明:压气机气动噪声主要由叶片通过频率及其倍频出现的离散单音噪声与宽频噪声组成,且总声压级由离散单音噪声决定;对比计算和试验得到的监测点声压级频谱可以看出二者基本吻合,说明数值仿真具有较高的精确度,使用的仿真方法可应用于高压比离心压气机的噪声预测;压气机气动噪声自进气管口向外辐射时,声压级分布并不均匀;且受频率影响,不同频率噪声的传播能力存在明显差异.     

低比转速混流式水轮机流动噪声数值模拟

为预测低比转速混流式水轮机的主要流动噪声,采用重整化群RNGκ-ε模型和FW-H模型,计算了不同导叶与转轮叶片径向间距时水轮机导叶与转轮壁面上压力脉动构成的偶极子声源产生的流动噪声,分析了导叶与转轮叶片径向间距对水轮机压力脉动及噪声特性的影响,以及压力脉动与流动噪声之间的关系。结果表明,导叶末端和转轮叶片进口背面压力脉动最剧烈,是主要的偶极子噪声源,压力脉动和流动噪声的离散噪声在叶频及其谐频处出现峰值;随导叶与转轮叶片径向间距增大,压力脉动幅值减小,流动噪声减小,因此适当增大水轮机导叶与转轮叶片径向间距是一种有效降低流动噪声的途径。     

叶轮出口直径对离心泵流动诱导噪声影响的数值模拟

针对离心泵内部非定常流动及其诱导的辐射噪声,本研究采用带滑移网格的大涡模拟技术计算了泵壳内部的压力脉动和叶轮上的径向力,并结合有限元声振耦合方法研究了叶轮出口直径对离心泵水力性能、压力脉动、非定常力和流动诱导噪声辐射的影响。计算结果表明:叶轮出口直径从170 mm增大到174 mm,扬程提高了4.57%,而效率下降了2.08%;径向力也随着叶轮出口直径的增加而增大了41.4%;叶轮出口直径的增加也致使叶频及其谐频下的压力脉动幅值增加。泵体外部声场声压级在二阶叶频下明显高于其它频率;随着叶轮出口直径的增加,外部辐射声场指向性不变,但声压级会随之增大。     

极端阵风条件下大型风力机叶片极限载荷研究

基于修正叶素动量理论,考虑经验修正、动态失速、动态入流等因素,结合叶片气动弹性响应问题,对大型风力机叶片在极端阵风条件下的极限载荷进行研究。以某MW级水平轴风力机叶片为例,研究动态失速、阵风上升时间、变桨速率等因素对叶片极限载荷的影响。结果表明,随着叶片大型化的发展,极端阵风条件下的极限载荷问题对风电机组的整机性能有较大影响。     

基于流固耦合的风力机气动噪声影响研究

考虑风力机叶片与空气的流固耦合作用,基于ANSYS workbench工作平台,采用双向流固耦合的方法,模拟预测风力机的气动噪声,并与额定工况下的实验数据对比。结果发现:耦合作用下风力机气动噪声增大,且耦合模拟得到的气动噪声声压级与实验值更为接近,证明计算模型的准确性;风轮后的辐射声最大声压级在叶片径向0.57R~0.71R位置,风力机叶片与空气的流固耦合作用,增大了辐射声的声压级,而对于辐射声的传播规律影响很小;耦合作用下随尖速比的增加,相同位置气动噪声的声压级呈现缓慢增大的趋势,不同尖速比下气动噪声的声压级随轴向距离的增加变化规律大致相同,均呈不断减小的趋势。     

叶片包角对低比转速离心泵固液两相非定常流动的影响

为了探索叶片包角在固液两相流下对低比转速离心泵非定常特性的影响,利用ANSYS CFX软件采用Mixture多相流模型对4种不同叶片包角离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对离心泵瞬时扬程、压力及压力脉动的影响。研究表明:随着叶片包角的增大,瞬时扬程会降低,并且降低速度越来越快;叶片包角每增大10°,瞬时扬程的波动时间延迟0. 000 52 s。随着叶片包角的增大,叶片工作面与叶片背面的压力会降低。叶片包角每增加10°,固液两相流时离心泵的压力脉动时间均向后延迟0. 007 s。不同包角下的主要脉动幅值均出现在转频处。颗粒浓度为0. 02和0. 05时,压力脉动最小值均出现在叶片包角值为140°时;当颗粒浓度为0. 1时,脉动幅值随着叶片包角的增大而减小,叶片包角从130°增加到160°时,此时的压力脉动受到叶片包角的影响最为严重,脉动幅值减小了14. 52%。因此,在高颗粒浓度下适当增加叶片包角可以改善固液两相离心泵的压力脉动。     

风扇宽频涡流气动噪声分析及降噪

为降低风扇的宽频涡流气动噪声,基于风扇气动噪声仿真流程和声比拟理论,采用流体仿真软件STAR-CCM+建立三维模型,计算风扇叶片时域脉动压力,并与声学软件LMS virtual lab扇声源分区合成的风扇叶片时域脉动压力对比,对风扇噪声进行仿真计算和整车噪声测试验证。将风扇护风罩与风扇叶尖间隙由15 mm调整为5 mm,并对比优化前后仿真计算与整车噪声测试结果。结果表明：STAR-CCM+软件计算的风扇叶片时域脉动压力曲线与声学软件LMS virtual lab扇声源分区合成的风扇叶片时域脉动压力曲线吻合度较好;LMS test lab软件仿真分析频谱与整车噪声测试结果声压级相对误差为0.56%,结果基本一致;风扇护风罩与风扇叶尖间隙由15 mm调整为5 mm后,仿真计算和整车测试噪声声压级均方根分别降低了约9.00、4.00 dB,降噪效果明显。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

塔架对风轮旋转过程中声场及流场的影响探究

基于压力脉动与声压之间的关系,利用Fluent数值模拟平台对风力机旋转过程中整机和单转子的声场和流场进行分析。对比2种模型的最大声压级位置,发现由于塔架的介入,整个模型的声场落后于流场约30°。分析塔旁y轴负向测点处压力脉动与声压级第1个峰值对应的方位角,结果发现在y/R=0.14、y/R=0.42、y/R=0.71与y/R=1时声压级（SPL）分别落后于压力脉动22°、5°、9°与18°。分析风力机旋转过程中两种模型塔附近监测点的声压级与压力脉动的变化趋势,结果表明：声压级振幅沿展向先增大后减小,在y/R=0.71处达到最大值;同样,在y/R=0.71时压力波动幅度最大。     

叶片前缘开缝对离心风机气动及噪声的影响研究

将前缘缝翼思想运用到离心风机中,研究了叶片前缘开缝设计参数对离心风机内部流场及其声辐射的影响规律。研究表明:叶片前缘开缝使气流通过狭缝得到加速,抑制后叶片吸力面边界层分离;同时,开缝设计使叶轮内部压力脉动明显减弱,降低离心风机气动噪声源强度,存在最佳开缝参数组合使离心风机流动与降噪效果达到最佳;设计工况下,当开缝位置L/C=0.30,前叶偏转角θ=4°,且前、后叶片最大相对厚度相等时,离心风机全压提高7%,效率提高2%,其远场噪声各测点总声压级平均下降3.5 dB。     

水下系留平台的海流发电叶片翼型流噪声特性研究

针对水下系留平台的海流发电叶片流噪声较为严重的现象,基于大涡模拟瞬态求解结果,采用FW-H方程对水下系留平台的海流发电叶片翼型噪声特性开展研究。研究表明:所采用的数值计算方法与经典试验测量得到的噪声频谱非常接近,说明该计算方法的适用性;3种翼型的近场噪声辐射特性存在较大差异,远场噪声均呈典型声偶极子辐射声场;随着海流速度的增大,近场噪声的指向从翼型尾缘移向前缘,近场和远场噪声声压级值均逐渐增大;倍频带声压级频谱图反映出其噪声能量值集中在低频段,且均随流速的增大而增大;随着攻角的增大,翼型流噪声声压级值逐渐增大,近场和远场辐射噪声越来越严重,这与流场压强改变密切相关。     

声波诱导湍流的实验研究与模拟计算

为了研究声波特性对流体流动的影响,搭建了声波与流体流动的实验平台,研究了调制声波频率和声压级等因素对流速的影响.利用Comsol软件对声场与流场进行数值计算,分析了流速实验值与计算值之间的相对误差.结果 表明:声压级＜125 dB时,声波不论与流体同向还是逆向对流速均无影响;当声压级在125～＜132 dB,且声波与流体同向时,随着声压级的增大,流速脉动幅值变化减弱,强化了流体层流状态;当声压级在132～155 dB时,随着声压级的增大,流速脉动幅值增大,声压级达到153 dB左右时,流速脉动幅值产生爆发性增长从而引发湍流激变.声波与流体逆向时,当声压级在125～＜145 dB,随着声压级的增大,流体脉动幅值先增大后变化缓慢;当声压级在145～155 dB时,随着声压级的增大,流体脉动幅值增大,在相同声压级条件下,随着声波频率的增大,流速脉动幅值变化缓慢;声波与流体同向时,声波频率对流体流速基本无影响;声波与流体逆向时流速脉动幅度的增长率要比声波与流体同向时低.     

扰动入流对风力机叶片流场及输出功率的影响分析

基于漩涡法与实验条件修正入流条件,结合延迟分离涡湍流模型,对水平轴风力机气动特性进行数值模拟。分析风力机压力系数、截面涡量和功率特性,并与均匀入流和实验数据对比。研究表明,修正的扰动入流对风力机叶片叶根处截面压力系数的影响比均匀入流更大,但随翼展方向趋于一致;扰动致使在叶片0.57~0.71 R处产生更大的涡量损失,小于额定尖速比时输出功率更接近实验值。基于漩涡法的风力机气动特性模拟方案,可更有效地应用于风力发电预测研究。     

刨根波齿前缘叶片降噪机理特性研究

为了减小叶片压力脉动,降低叶片自噪声的产生,采用大涡模拟(LES)与FW-H混合方法,对雷诺数为2×10~5、攻角为5°下的叶片进行数值模拟,研究刨根波齿前缘叶片降噪机理,分析了刨根波齿前缘叶片的瞬态流场与声场特性。结果表明:刨根波齿前缘叶片在前缘处加速了流体流动速度,能更好地调控流场减小分离涡;叶片的尾迹涡厚度变薄,并随着挤压和拉伸,大尺度涡破碎成小尺度涡,涡系结构更加紧致;刨根波齿前缘结构降低了叶片表面的压力脉动,且具有良好的降噪效果,在中低频呈现出宽频特性,总声压级最大可降低9 dB。     

管道预混火焰动态响应的分析和测量

基于线性扰动假设对管道预混火焰的动态响应进行了理论分析,推导得到了正弦扰动下火焰而脉动时域表达式.同时利用增强型电荷耦合器和动态压力传感器对管道预混火焰形状周期性变化过程进行相同步测量,研究了当量比和扰动频率对火焰面脉动的影响规律.理论分析和实验测量的结果一致,表明上述物理量的改变会直接影响火焰面脉动的褶皱数和褶皱振幅...