風能是主要的可再生能源來源之一,目前其應用越來越廣泛。複雜、交變甚至是隨機的風作用在風輪、塔架等各個部件,影響著風力機自身及風場布局。內蒙古工業大學汪建文教授研究團隊進行了水平軸風力機尾流結構影響及渦聲關係研究,項目從氣動力著手,研究它與結構、噪聲、能效等的交互關係。該項目獲得2019年度自治區自然科學一等獎。
研究團隊以實驗為主、計算為輔,通過氣動為關聯的多學科交叉研究發現,旋轉風輪葉尖輻射噪聲頻譜組成、渦聲關係和傳播規律以及風力機尾流結構、葉尖渦的演化發展和渦系之間的傳遞規律。在安裝參數合適的葉尖小翼,從機理及手段上可以調控風輪功率輸出和降低氣動噪聲,而三葉片和多葉片風輪振型與圓板的節圓、節線、節徑成一一對應關係。
研究團隊通過實驗與研究,找到了提高聲源識別方位角解析度、動態旋轉噪聲聲源位置識別、尾流流場與聲場計算等新方法。並提出動態葉片擾流及風力機尾流PIV測試、旋轉風力機葉片應力應變遙測等新技術。研究團隊用中心固定圓板振型來詮釋風輪葉片振型和風輪低頻振動產生原因的新解釋,揭示了葉尖渦傳播規律及渦量和速度之間的傳遞機理、氣動力與噪聲的耦合關聯性及調控等新機理。通過把氣動、噪聲、能效、結構響應等聯繫起來,提升了現代風力機研究水平,對揭示機理、綜合性能優化設計起到了重要推動作用。
據了解,研究團隊通過20多年的基礎實驗研究,找到了旋轉風輪尾跡結構影響因素及流動中葉尖渦調控機理,揭示了渦量變化中能量損失向聲能轉化的流動機制,建立了適合於此類問題中渦聲現象的預測或控制模型。該項目與美國NREL、西班牙CIEMAT、浙江大學、中國科學院工程熱物理所等單位合作,為少數民族地區培養了一大批行業、高校的骨幹和帶頭人,為自治區唯一的動力工程及工程熱物理博碩士學位點、能源與動力工程國家一流本科專業建設貢獻了重要的力量。
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