استفاده از روش LES برای بررسی ایروآکوستیکی توربین بادی فاز-6

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-10 (10)

کد مقاله : 1072-ISAV2022 (R1)

نویسندگان

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

²دانشجو کارشناسی ارشد دانشگاه اراک دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه اراک

چکیده

در این تحقیق به محاسبه انتشار صوت ایرودینامیکی یک توربین باد محور افقی پرداخته شده است. برای شبیه‌سازی میدان جریان متلاطم در اطراف پره توربین بادی از معادلات سه‌بعدی گذرای ناویر-استوکس و روش LES استفاده شده است. شدت موج صوت و تضعیف آن با فاصله با استفاده از معادلات تشابه آکوستیکی فاکس ویلیام-هاوکینز محاسبه بدست آمده است. بعنوان نمونه آزمون، از توربین بادی فاز-6 بهره گرفته شده است. پس از بررسی استقلال حل از شبکه، اعتبارسنجی ایرودینامیکی صورت می‌گیرد. برای این منظور علاوه بر توان توربین، ضریب فشار در مقاطع مختلف پره با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شده‌اند. پس از آن روش‌ محاسباتی مورد اعتبارسنجی آکوستیکی قرار گرفته است. صوت محاسبه شده هم از نظر مقدار و هم از نظر روند تغییرات انطباق مناسبی با داده‌های مرجع دارد. با توجه به اهمیت شبکه و روش حل در محاسبات ایروآکوستیکی،‌ می‌توان گفت که روش بکار رفته با هزینه محاسباتی مناسب، گزینه خوبی برای پیش‌بینی میدان شدت صوت یک توربین بادی است.

کلیدواژه ها

ایروآکوستیک؛ توربین بادی؛ محور افقی؛ LES

Title

Implementation of LES method for aero-acoustic investigation of phase-6 HAWT

Authors

Hamidreza Kaviani, Ehsan Bashtalam

Abstract

In this study, aerodynamic and aeroacoustic calculations of the phase-6 horizontal axis wind turbine have been performed. The large eddy simulation method has been used to simulate the turbulent three-dimensional instantaneous flow field around the wind turbine blade. The sound pressure level-SPL at the location of the acoustic receiver has been calculated by implementing the Fox-Williams and Hawkins acoustic analogy equations. After the grid independence study, aerodynamic validation is done. For this purpose, in addition to the turbine power, the pressure coefficient at different sections of the blade has been validated with experimental data. After that, the acoustic validation is performed. Calculated SPL, both in terms of magnitude and trend of changes, is in good agreement with the reference data. Considering the importance of the grid cost-effectiveness and the accuracy of the solution method in aeroacoustic calculations, it can be said that the implemented method is a good option for predicting the acoustic field around a wind turbine.

Keywords

Aero-acoustics, HAWT, LES

مراجع

]1[ E. Karasmanaki, "Is it safe to live near wind turbines? Reviewing the impacts of wind turbine noise," Energy for Sustainable Development, vol. 69, pp. 87-102, 2022 ]2[ W. t.-P. A. n. m. t. IEC/TC88. 61400-11, International Electrotechnical Commission( IEC), ed.2, 2012, ed. ]3[ G. Rao, W. Chu, and B. Hodder, "Rotor noise due to inflow turbulence," 1973 ]4[ T. F. Brooks, Pope, D. S. and Marcolini, M. A., "Airfoil self-noise and prediction " 1989. ]5[ 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. ]6[ A. Tadamasa and M. Zangeneh, "Numerical prediction of wind turbine noise," Renewable Energy, vol. 36, pp. 1902-1912 .2011 //7 , ]7[ 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 ]8[ H. Kaviani and A. Nejat, "Aeroacoustic and aerodynamic optimization of a MW class HAWT using MOPSO algorithm," Energy, vol. 140, pp. 1198-1215, 2017. ]9[ 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. ]10[ C. Wagner, T. Hüttl, and P. Sagaut, Large-eddy simulation for acoustics vol. 20: Cambridge University Press, 2007. ]11[ M. V. Salvetti, V. Armenio, J. Fröhlich, B. J. Geurts, and H. Kuerten, Direct and Large-Eddy Simulation XI: Springer International Publishing, 2019. ]12[ P. Sagaut, Large eddy simulation for incompressible flows: an introduction: Springer Science & Business Media, 2006. ]13[ 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. ]14[ 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. ]15[ 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. ]16[ https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/en-s/help/flu_th/flu_th_sec_acoust_fwh.html. ]17[ 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. ]18[ D. M. Somers, "Design and experimental results for the S809 airfoil," National Renewable Energy Lab., Golden, CO (United States)1997. ]19[ J. M. Jonkman, "Modeling of the UAE Wind Turbine for Refinement of FAST {_} AD," National Renewable Energy Lab., Golden, CO (US)2003. ]20[ J. C. Hunt, A. A. Wray, and P. Moin" ,Eddies, streams, and convergence zones in turbulent flows," 1988. ]21[ 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. ]22[ 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.