[发明专利]一种低噪声风力机叶片设计方法及低噪声风力机叶片

说明书

本发明公开了一种低噪声风力机叶片设计方法及低噪声风力机叶片，包括构建叶片入流湍流噪声模型、构建叶片翼型噪声模型、构建风力机空气动力学模型、计算叶片气动噪声和构建叶片气动噪声优化数学模型5步骤；本发明对于如何设计低噪声叶片及怎样降低风力机叶片噪声具有重要的理论意义，所设计出来的新型叶片能够有效的降低风电场周边噪声污染。

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种考虑低噪声特性的风力机叶片气动形状设计新方法，同时还涉及理论方法优化设计出来的一种新型风力机叶片气动外形。

背景技术

风能是一种可持续的绿色能源，其开发前景已经得到世界各国的重视。而风力机作为将风能转化成电能的一种关键装备，一直是各国学者研究的热点。随着兆瓦级风力发电机的应用，其叶片的长度也越来越长，由于受到离心力、气动力及重力等交互作用的影响，使得风力机叶片的噪声污染问题越来越受到关注。以往研究大都集中在低噪声风力机翼型的设计及叶片的噪声预测等方面，很少有对如何设计低噪声风力机叶片进行研究。而设计低噪声风力机叶片，需考虑的因素很多，例如：风速、叶片弦长分布、扭角分布、俯仰角及翼型型线等均会影响叶片的噪声大小。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了低噪声风力机叶片设计方法及低噪声风力机叶片。

本发明的方法所采用的技术方案是：1.一种低噪声风力机叶片设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建叶片入流湍流噪声模型；

叶片流湍流噪声频域包括高频和低频两个区域；

对于叶片高频域，叶片湍流声压级为：

其中，ρ为空气密度；c₀为声速；L为大气湍流长度因子；△l为叶片翼段长度；为修正波动长度；Ma为来流的马赫数，是来流相对速度U与音速c₀的比值；I为湍流密度；为高频声音方向函数；r为观察者到声源距离；

湍流密度I是表面粗糙度z₀和叶片距地面高度z的方程，风力机叶片沿展向不同位置的湍流密度为：

式中γ为幂律系数，为γ＝0.24+0.096log₁₀z₀+0.016(log₁₀z₀)²；

长度因子L为表面粗糙度z₀和叶片距地面高度z的表达式：

对于低频域，叶片湍流声压级为：

其中，K_c为低频域修正因子；

步骤2：构建叶片翼型噪声模型；

包括翼型湍流边界层尾缘噪声模型及失速噪声模型；

翼型湍流边界层尾缘噪声是由湍流边界层在压力面产生的噪声S_PLp与在吸力面产生的噪声S_PLs之和：