استقلال حل از شبکه ایرودینامیکی و ایروآکوستیکی

پذیرفته شده برای پوستر ، صفحه 1-10 (10) اصل مقاله (788.62 K)

کد مقاله : 1050-ISAV2022 (R1)

نویسندگان

¹گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی،‌ دانشگاه ملایر،‌ایران

²گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه اراک، اراک،‌ایران

چکیده

در این مطالعه، محاسبات ‌ایرودینامیکی و ایروآکوستیکی یک توربین بادی محور افقی ده کیلوواتی صورت گرفته است. برای ‌شبیه‌سازی میدان جریان گذرای سه‌بعدی در اطراف پره توربین بادی از معادلات ناویر-استوکس و روش حل اغتشاش IDDES استفاده شده است. سطح فشار صوت در محل گیرنده‌های آکوستیکی با استفاده از روش تشابه آکوستیکی فاکس ویلیامز-هاوکینز محاسبه گردیده است. در شروع محاسبات، تراکم اولیه شبکه محاسباتی افزایش یافته است تا استقلال حل از شبکه برای توان ایرودینامیکی بدست آید. اما‌ جواب بدست آمده برای صوت پره انطباق مناسبی با نتایج مرجع نداشت. به همین جهت تراکم شبکه برای ناحیه نزدیک پره مجددا افزایش یافته است. این تغییر باعث حدود 40 درصد افزایش المان‌های شبکه،‌ و همچنین بهبود نتایج آکوستیکی گردیده است. در فرکانس‌های پایین، SPL تا 400 هرتز نتایج هر دو شبکه محاسباتی اختلاف قابل توجهی نداشتند و از روند تغییرات به خوبی پیروی نموده‌اند. اما پس از آن شبکه متراکم‌تر هم از نظر پیروی از روند تغییرات نمودار SPL و هم از نظر انطباق با مقادیر مرجع بهتر نتیجه داده است. این بدان معنی است استقلال حل از شبکه ایرودینامیکی و ایروآکوستیکی می‌تواند مستقل از یکدیگر باشد. همچنین با فرض استقلال حل از شبکه برای توان ایرودینامیکی یک توربین بادی، تراکم بیشتر نقاط در نزدیکی پره از نظر آکوستیکی می‌تواند جواب بهتری ‌دهد.

کلیدواژه ها

ایروآکوستیک؛ استقلال حل از شبکه؛ ‌ایرودینامیک؛ توربین بادی

موضوعات

Noise generation and propagation

Title

Aerodynamic and aeroacoustic grid Independence study

Authors

Hamidreza Kaviani, Ehsan Bashtalam

Abstract

In this study, the aerodynamic and aeroacoustic calculations of a horizontal axis wind turbine have been performed. The IDDES method has been used to simulate the turbulent three-dimensional transient flow field around the wind turbine. The sound pressure level at the location of the acoustic receivers has been calculated using the Fox Williams-Hawkins acoustic analogy method. To perform the simulation, the initial density of the computational grid was increased to obtain the independence of the solution from the grid for the aerodynamic power. But the answer obtained for turbine acoustics did not match well with the reference data. For this purpose, the density of the grid for the nearfield was increased. This change caused a 40% increase in grid elements, as well as an improvement in the acoustic results. In low frequencies, SPL up to 400 Hz, the results of both computing grids do not differ significantly and have followed the reference data well. But after that, the denser grid has given better results both in terms of following the trend of the SPL diagram and in terms of conforming to the reference values. This means that even assuming the grid independence of the solution for the aerodynamic power of the wind turbine, a higher density of nearfield mesh gives a better solution acoustically.

Keywords

Aeroacoustics؛ Independence grid study, Aerodynamics؛ Wind Turbine

مراجع

]1[ M. v. d. Hoeven, "Technology Roadmaps: Wind energy (2013 edition)," ed 9, rue de la Fédération, 75739 Paris Cedex 15, France: International Energy Agency, 2013, p. 26. ]2[ V. Hongisto, J. Radun, H. Maula, P. Saarinen, J. Keränen, and R. Alakoivu, "Health effects of environmental noise in a wind power area". ]3[ A. L. Rogers, J. F. Manwell, and S. Wright, "Wind turbine acoustic noise," Renewable Energy Research Laboratory, Amherst: University of Massachusetts, 2006. ]4[ G. Rao, W. Chu, and B. Hodder" ,Rotor noise due to inflow turbulence," 1973. ]5[ T. F. Brooks, Pope, D. S. and Marcolini, M. A., "Airfoil self-noise and prediction " 1989. ]6[ H. Kaviani and A. Nejat, "Aerodynamic noise prediction of a MW-class HAWT using shear wind profile," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 168, pp. 164- 176, 2017. ]7[ A. Tadamasa and M. Zangeneh, "Numerical prediction of wind turbine noise," Renewable Energy, vol. 36, pp. 1902-1912, 7// 2011. ]8[ C. Stone, C. E. Lynch, and M. J. Smith, "Hybrid RANS/LES simulations of a horizontal axis wind turbine," in 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA-2010-459, Orlando, FL, 2010. ]9[ H. Kaviani and A. Nejat, "Aeroacoustic and aerodynamic optimization of a MW class HAWT using MOPSO algorithm," Energy, vol. 140, pp. 1198-1215, 2017. ]10[ H. Kepekci, B. Zafer, and H. R. Guven, "Aeroacoustics investigations of unsteady 3D airfoil for different turbulence models using computational fluid dynamics software," FEBFRESENIUS ENVIRONMENTAL BULLETIN, p. 7564 .2019 , ]11[ C. Wagner, T. Hüttl, and P. Sagaut, Large-eddy simulation for acoustics vol. 20: Cambridge University Press, 2007. ]12[ M. V. Salvetti, V. Armenio, J. Fröhlich, B. J. Geurts, and H. Kuerten, Direct and LargeEddy Simulation XI: Springer International Publishing, 2019. ]13[ F. R. Menter, R. B. Langtry, S. R. Likki, Y. B. Suzen, P. G. Huang, and S. Völker, "A Correlation-Based Transition Model Using Local Variables—Part I: Model Formulation," Journal of Turbomachinery, vol. 128, pp. 413-422, 20 .04  ]14[ J. Meyers, B. J. Geurts, and P. Sagaut, "A computational error-assessment of central finitevolume discretizations in large-eddy simulation using a Smagorinsky model," Journal of Computational Physics, vol. 227, pp. 156-173, 2007.   ]15[ M. Ghasemian and A. Nejat, "Aerodynamic noise prediction of a Horizontal Axis Wind Turbine using Improved Delayed Detached Eddy Simulation and acoustic analogy," Energy Conversion and Management, vol. 99, pp. 210-220, 2015.  ]16[ M. L. Shur, P. R. Spalart, M. K. Strelets, and A. K. Travin, "A hybrid RANS-LES approach with delayed-DES and wall-modelled LES capabilities," International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 29, pp. 1638-1649, 2008. ]17[ O. Marsden, C. Bogey, and C. Bailly, "Direct noise computation of the turbulent flow around a zero-incidence airfoil," AIAA journal, vol. 46, p. 874, 2008.  ]18[ T. Huttl, G. Kahl, F. Kennepohl, and K. Heinig, "Resolution requirements for the numerical computation of tonal noise in compressors and turbines of aeroengines ",DTIC Document2003.  ]19[ M. J. Lighthill, "On sound generated aerodynamically. I. General theory," in Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1952, pp. 564-587.  ]20[ J. F. Williams and D. L. Hawkings" ,Sound generation by turbulence and surfaces in arbitrary motion," Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 264, pp. 321-342, 1969. ]21[ R. https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/enus/help/flu_th/flu_th_sec_acoust_fwh.html. ]22[ M. Hand, D. Simms, L. Fingersh, D. Jager, J. Cotrell, S. Schreck, et al., "Unsteady aerodynamics experiment phase VI: wind tunnel test configurations and available data campaigns," National Renewable Energy Lab., Golden, CO.(US)2001. ]23[ D. M. Somers, "Design and experimental results for the S809 airfoil," National Renewable Energy Lab., Golden, CO (United States)1997. ]24[ J. M. Jonkman, "Modeling of the UAE Wind Turbine for Refinement of FAST }_{ AD," National Renewable Energy Lab., Golden, CO (US)2003. ]25[ N. N. Sørensen, J. Michelsen, and S. Schreck, "Navier–Stokes predictions of the NREL phase VI rotor in the NASA Ames 80 ft× 120 ft wind tunnel," Wind Energy: An International Journal for Progress and Applications in Wind Power Conversion Technology, vol. 5, pp. 151-169, 2002. ]26[ W. t.-P. A. n. m. t. IEC/TC88. 61400-11, International Electrotechnical Commission (IEC), ed.2, 2012, ed.