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风电场噪声传播的数值模拟研究

风电场噪声传播的数值模拟研究

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作者：吴鑫波扬州大学

学位级别：硕士

科技的飞速进步与发展也带动了传统能源的快速消耗,能源危机使可再生能源进入了大众的视野。风能作为可再生能源里不可或缺的一类,在近年得到了足够的重视,受到了国家的大力推广。而风资源和土地资源有限,风力机的安装位置也逐渐向居民... 详细信息

科技的飞速进步与发展也带动了传统能源的快速消耗,能源危机使可再生能源进入了大众的视野。风能作为可再生能源里不可或缺的一类,在近年得到了足够的重视,受到了国家的大力推广。而风资源和土地资源有限,风力机的安装位置也逐渐向居民区靠近。尽管风能清洁、低碳环保,但是风力机在运行时,会产生一定的气动噪声,并且以中低频噪声为主,因此风电噪声会对风电场附近的居民有潜在的健康危害。目前,耦合风力机布机位置与风电场噪声传播影响的研究还不够深入,因此,如何在规划的区域内,寻找到周围对居民区噪声影响最小的风电场布局方式是本课题的研究目标。减少风电场在运行时对居民的健康危害,让风能被大众接受并成为真正意义上的清洁能源是本课题潜在的研究意义。为了实现上述研究目标,本文围绕风力机叶素动量理论、风力机尾流数值模拟、平坦地形单台风力机的噪声传播数值模拟、平坦地形风电场的噪声传播数值模拟等方面进行了如下工作:(1)介绍并研究了国内外对风电场噪声传播的进展,对噪声可能造成的健康危害进行了简单的说明。(2)结合叶素动量理论(BEM)分析了叶片的气动性能,介绍了 Jensen尾流模型,并利用MATLAB模拟分析了单台Nibe-B风力机以及两台串列Nibe-B风力机的尾流情况。(3)介绍了风力机的噪声源,阐释了气动噪声的产生机理,并利用课题组自研软件NoiseGen分析计算了 NREL 5-MW风力机在6种风速下噪声源的声功率级。(4)介绍了计算噪声传播衰减的抛物方程方法(PE方法),并结合噪声传播公式,利用MATLAB软件求解,模拟了单台NREL5-MW风力机的噪声传播情况,并建立数据库。(5)设计了两种经典布局的风电场,使用MATLAB软件对这两种布局的风电场的噪声传播进行了模拟,并且对比分析了忽略尾流的噪声传播和考虑尾流的噪声传播两种情况。计算结果表明,改变风力机的布机位置对风电场周围接收点的噪声等级有不同程度的影响;进一步考虑风力机尾流影响,发现整个计算区域内的噪声等级都有了一定的降低,主要原因是尾流导致速度衰减,从而降低了噪声源的强度。最后,用PE方法对一实地风电场噪声传播进行模拟,模拟结果可用于检测风电场噪声或者风电场运行优化。

关键词：风电场噪声传播风力机噪声抛物方程(PE)方法叶素动量理论 Jensen尾流模型

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