风力机气动噪声

目录

前言

上篇

基础理论

第一章绪论003

1.1研究背景003

1.2风力机气动噪声研究现状006

1.2.1气动噪声的高精度数值模拟研究006

1.2.2气动噪声的工程模拟研究007

1.3风电场低噪声布局研究现状008

第二章声学基础012

2.1引言012

2.2声场中的变量012

2.3基础定义013

2.3.1声压013

2.3.2声压级014

2.3.3声强和声功率014

2.3.4倍频程016

第三章计算气动声学高阶差分格式020

3.1引言020

3.2空间离散格式021

3.2.1高阶显式差分格式及优化021

3.2.2高阶紧致差分格式及优化026

3.2.3非均匀网格030

3.3时间离散032

3.4数值过滤和人工耗散037

3.4.1显式过滤037

3.4.2隐式过滤039

3.4.3人工阻尼区域039

3.5声学边界条件040

3.5.1固体壁面边界条件040

3.5.2声学远场边界条件042

第四章流动控制方程047

4.1引言047

4.2流动基本控制方程047

4.2.1流动与变形的基本概念047

4.2.2连续方程的微分形式——质量守恒定律052

4.2.3动量方程的微分形式——牛顿第二定律054

4.2.4欧拉方程——无黏微分方程056

4.2.5纳维斯托克斯方程——黏性微分方程056

4.2.6能量方程微分形式——热力学第一定律059

第五章气动声学控制方程060

5.1引言060

5.2湍流模型在CAA中的应用060

5.3Lighthill方程062

5.4FfowcsWilliams-Hawkings方程064

5.5Farassat方程066

5.6声扰动方程069

第六章风力机气动力与流场的计算方法074

6.1引言074

6.2风力机叶素动量理论074

6.2.1理想状态下的动量守恒关系074

6.2.2尾流的旋转与切向诱导因子077

6.2.3叶素动量BEM基础理论081

6.2.4叶尖损失084

6.2.5高轴向诱导因子修正088

6.3叶片相对坐标系与非稳态气动模型090

6.3.1关于非稳态气动模型的介绍090

6.3.2惯性坐标系与叶片坐标系的变换090

6.3.3叶片坐标系中的相对来流速度094

6.3.4诱导速度095

6.3.5塔影与风切的影响098

6.3.6关于风力机气动建模的小结099

6.4风力机尾流工程算法099

6.5风力机尾流AL/AD数值方法101

第七章风力机气动声源解析与工程模拟方法105

7.1引言105

7.2湍流入流噪声106

7.2.1湍流强度与特征尺度106

7.2.2湍流入流噪声109

7.3翼型尾缘湍流边界层噪声109

7.4翼型尾缘层流边界层涡脱噪声113

7.5叶尖涡噪声114

7.6钝尾缘涡脱落噪声115

7.7声指向119

7.8边界层厚度119

7.9其他模拟方法121

7.9.1Amiet模型121

7.9.2壁面压力谱(WPS)的统一模型122

7.9.3改进的TNO模型125

第八章风电场大气声传播计算方法126

8.1引言126

8.2风力机大气声传播的要素127

8.2.1问题概述127

8.2.2直线声传播与地面声反射128

8.2.3地面声阻抗与反射系数129

8.2.4大气中的声波折射131

8.2.5等效声速136

8.2.6声波在湍流中的传播效应137

8.3抛物方程建模方法138

8.3.1建模目标138

8.3.2基础方程138

8.3.3窄角抛物方程140

8.3.4宽角抛物方程141

8.3.5抛物方程的离散化求解141

8.3.6广义地形下的方程变换144

8.3.7流场因素145

下篇实践应用

第九章基本算例149

9.1引言149

9.2一维波动方程149

9.3二维声传播计算151

9.4双旋涡噪声计算155

9.5圆柱绕流噪声计算157

第十章翼型及风力机气动噪声166

10.1引言166

10.2基于CAA方法的翼型气动噪声模拟166

10.2.1翼型低雷诺数气动噪声166

10.2.2翼型湍流气动噪声170

10.2.3锯齿尾翼噪声数值计算173

10.2.4多孔介质降噪设计锯齿尾翼噪声数值计算185

10.3基于其他方法的翼型气动噪声模拟199

10.3.1BPM半经验工程方法199

10.3.2WPS壁面压力谱方法210

10.3.3低噪声翼型设计213

10.4风力机气动噪声预测219

10.4.1基于CFD/CAA的叶片噪声仿真219

10.4.2基于工程方法的噪声仿真与实验验证222

第十一章风电场气动噪声传播计算234

11.1引言234

11.2基础算例234

11.2.1平面声传播——理想状况234

11.2.2平面声传播——考虑温差梯度235

11.2.3平面声传播——考虑风速237

11.2.4绕单个山丘声传播238

11.2.5简化的复杂地形声传播238

11.3风力机的声传播240

11.3.1单台和多台串列风力机的声传播240

11.3.2大气稳定性、尾流以及风切的综合效应247

11.4平坦地形风电场噪声预测251

11.4.1算例1：风电场环境噪声评估251

11.4.2算例2：风电场低噪声优化布局254

11.5复杂地形风电场噪声传播263

11.5.1算例1：山地风电场噪声云图仿真263

11.5.2算例2：山地风电场噪声云图仿真271

参考文献285

附录A各国风电噪声限值标准297

附录B高阶差分系数298