入流对水平轴风力机流场和声场影响的数值研究

内蒙古工业大学硕士学位论文

目录

摘要.............................................................................................................................. I ABSTACT ..................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)

1.1 引言 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.2.1 风力机入流研究现状 (2)

1.2.2 气动噪声研究现状 (4)

1.3 研究的主要内容 (6)

第二章CFD软件基础和空气动力学基本理论 (7)

2.1 CFD软件基本控制方程 (7)

2.2 FLUENT软件理论基础 (8)

2.2.1 SIMPLE算法 (8)

2.2.2 湍流模型 (9)

2.2.3 UDF自定义函数 (11)

2.3 风力机动力学理论基础 (11)

2.3.1 动量理论 (11)

2.3.2 叶素理论 (14)

2.3.3 叶素动量理论 (16)

2.4 气动声学理论 (17)

2.3.1 Lighthill气动声学理论 (17)

2.3.2 FW-H方程 (18)

2.3.3涡声理论 (19)

第三章数理模型和计算方法 (21)

3.1 风力机流场模型 (21)

3.1.1 叶片实体模型 (21)

3.1.2 计算域模型 (21)

3.2 网格划分 (22)

3.3 湍流模型的选取 (23)

3.4 边界条件的修正 (25)

第四章入流对风力机流场及气动噪声数值模拟 (27)

4.1 入流对风力机流场分析 (27)

4.1.1 风力机压力场分析 (27)

4.1.2 压力系数 (28)

IV

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内蒙古工业大学硕士学位论文

4.1.3 涡量及流线分析 (32)

4.1.4 功率分析 (35)

4.2 入流对风力机气动噪声的数值模拟 (37)

4.2.1 噪声源分析 (37)

4.2.2 辐射声频域特性分析 (38)

4.2.3 辐射声传播分析 (40)

4.3 不同湍流强度下风力机数值模拟 (43)

4.3.1 功率分析 (43)

4.3.2 噪声分析 (44)

结论 (45)

结论 (45)

参考文献 (47)

致谢 (51)

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 (52)

V

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第一章 绪论

1

第一章 绪论

1.1 引言 能源是经济社会发展的重要物质基础，随常规性不可再生能源如石油、天然气、煤等储量的逐渐减少，能源应用格局随时间的推移正产生重大变革。在意识到能源需要持续发展的世界各国中，都在从国家发展战略或政策里将风能、太阳能等可再生能源作为应对新世纪能源和气候变化双重挑战的重要部署。在中国，高速增长的非化石能源发电也逐步呈现，火电发电量负增长，自2011年以来，中国可再生能源发电量比重持续提高，如图1-1所示。

图1-1 1978～2014年中国发电量变化图

Fig.1-1 China power structure change from 1987 to 2014

由相关文献数据可知，中国非化石能源发电量在2015年前三季度同比增长

7.7%[1]。风能是具备大规模开发和商业化发展前景的可再生能源，也是目前发展最快的清洁能源，其产业化潜力大，经济性优势明显，政策扶持力度高，而且不存在类似生物质能所面临的资源约束， 另外也没有任何大自然环境影响[2]。近年来，全球风能迅速发展。在中国，到2014年安装风电机组共计76241台，累计装机容量114609MW ，比上一年增长25.4%，新增装机容量23196MW ，相比上一年增长44.2%。中国各地区风电机组累计装机容量如图1-2所示。虽然风能在能源电力行业取得了举世瞩目的成绩，但在前进过程中也遇到诸多问题。弃风限电的现象最为明显，2012弃风曾达到17%。相关数据显示，2015年上半年由弃风限电直接造成的经济损失接近87亿元，同时给风电产业的布局和发展带来巨大的阻碍和瓶颈。从目前情况看，

弃风加剧的原

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发电量结构比 年份 风电 核电 水电 火电

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