Науковий вісник НГУ

Методика акустичного експерименту для дослідження аеродинамічного шуму сегментів лопатей вітряних турбін

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №4 2025

Останнє оновлення: 26 серпня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1781

Authors:

С. В. Алексєєнко*, orcid.org/0000-0003-0320-989X, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А. Ю. Дреус, orcid.org/0000-0003-0598-9287, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Л. В. Накашидзе, orcid.org/0000-0003-3990-6718, Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. А. Дербаба, orcid.org/0000-0002-3918-2177, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С. А. Золотаренко, orcid.org/0009-0008-5291-4206, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (4): 071 - 078

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-4/071

Abstract:

Мета. Розробка й відпрацювання методики дослідження аеродинамічного шуму ротору вітряної турбіни та аналіз акустичних характеристик такого шуму на прикладі сегменту лопаті із профілем NACA0012. Робота спрямована на вирішення актуальної задачі зниження рівня шуму вітрових турбін у системах відновлювальної енергетики.

Методика. У роботі використано метод експериментального моделювання аеродинамічного шуму сегменту лопаті вітрової турбіни в лабораторних умовах у безлунній камері. Методика вимірювань відповідає вимогам стандарту ДСТУ ГОСТ ISO 5725-1:2005.

Результати. У роботі розглянуті підходи до дослідження проблеми аеродинамічного шуму вітрових турбін, і розроблено оригінальний експериментальний стенд для дослідження акустичних характеристик шуму сегментів лопатей турбін у безлунній камері. Запропонована методика аналізу акустичних сигналів, що досліджується, і фонового шуму. Проведені вимірювання рівнів шуму та проаналізовані спектральні характеристики звукових хвиль від сегмента лопаті із профілем NACA 0012 в умовах наявності фонового шуму. Показана ефективність даного підходу для проведення акустичних досліджень.

Наукова новизна. Запропонована методика дослідження аеродинамічного шуму є оригінальною й відрізняється від традиційних підходів, що ґрунтуються на використанні аеродинамічних труб із тестовими секціями, інтегрованими в безлунне акустичне середовище. На відміну від методів, де реалізується принцип оберненості потоку та стаціонарне положення моделі, у представленій методиці моделюється обертальний рух лопаті аеродинамічного профілю. Такий підхід дозволяє більш точно відтворити умови роботи ротору вітряної турбіни й отримати експериментальні дані, що краще відображають реальні характеристики аеродинамічного шуму.

Практична значимість. Розроблені методика досліджень та експериментальний стенд можуть бути використані для параметричних досліджень різних профілів лопатей з метою визначення перспективних, із точки зору зниження аеродинамічного шуму, модифікацій лопатей. Результати дослідження також представляють інтерес для верифікації числових методик дослідження аеродинамічного шуму від лопатей турбін.

Ключові слова: відновлювальна енергетика, вітрові турбіни, аеродинамічний шум, акустичний експеримент, спектри шуму

References.

1. Keramidas, K., Fosse, F., Aycart, L., Dowling, P., Garaffa, R., Ordonez, J.,..., & Weitzel, M. (2023). Global Energy and Climate Outlook 2024. Luxembourg: Publications Office of the European Union.

2. Teff-Seker, Y., Berger-Tal, O., Lehnardt, Y., & Teschner, Y. (2022). Noise pollution from wind turbines and its effects on wildlife: A cross-national analysis of current policies and planning regulations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 168, 112801. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112801

3. Fredianelli, L., Carpita, S., & Licitra, G. (2019). A procedure for deriving wind turbine noise limits by taking into account annoyance. Science of the Total Environment, 648, 728-736. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.107

4. Bhargava Nukala, V., & Padhy, C. P. (2023). Concise review: aerodynamic noise prediction methods and mechanisms for wind turbines. International Journal of Sustainable Energy, 42(1), 128-151. https://doi.org/10.1080/14786451.2023.2168000

5. Hansen, C., & Hansen, K. (2020). Recent Advances in Wind Turbine Noise Research. Acoustics, 2(1), 171-206. https://doi.org/10.3390/acoustics2010013

6. Ibren, M., Andan, A. D., Asrar, W., & Sulaeman, E. (2022). A Review on Generation and Mitigation of Airfoil Self-Induced Noise. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal ­Sciences, 90(1), 163-178. https://doi.org/10.37934/arfmts.90.1.163178

7. Deshmukh, S., Bhattacharya, S., Jain, A., & Paul, A.R. (2019). Wind turbine noise and its mitigation techniques: A review. Energy Procedia, 160, 633-640. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.215

8. Firoozi, A. A., Hejazi, F., & Firoozi, A. A. (2024). Advancing Wind Energy Efficiency: A Systematic Review of Aerodynamic Optimization in Wind Turbine Blade Design. Energies, 17(12), 2919. https://doi.org/10.3390/en17122919

9. Nukala, V. B., & Padhy, C. P. (2024). Computational Verification of Low-Frequency Broadband Noise from Wind Turbine Blades Using Semi-Empirical Methods. Sound and Vibration, 58, 133-150. https://doi.org/10.32604/sv.2024.047762

10.      Goman, O., Dreus, A., Rozhkevych, A., Heti, K., & Karplyuk, V. (2022). Improving the efficiency of Darier rotor by controlling the aerodynamic design of blades. Energy Reports, 8, 788-794. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.162

11.      Hong, Z., Su, M., Zhang, H., Xu, Z., Du, L., & Chen, L. (2024). Unsteady aerodynamic noise prediction of contra-rotating open rotor using meshless method. Chinese Journal of Aeronautics, 37(8), 144-165. https://doi.org/10.1016/j.cja.2024.05.018

12.      Alekseyenko, S., Dreus, A., Dron, M., & Brazaluk, O. (2022). Numerical Study of Aerodynamic Characteristics of a Pointed Plate of Variable Elongation in Subsonic and Supersonic Gas Flow. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 96(2), 88-97. https://doi.org/10.37934/arfmts.96.2.889

13.      Celik, Y., Ingham, D., Ma, L., & Pourkashanian, M. (2022). Design and aerodynamic performance analyses of the self-starting H-type VAWT having J-shaped aerofoils considering various design parameters using CFD. Energy, 251, 123881. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123881

14.      Yang, H., Yuan, W., Zhu, W., Sun, Z., Zhang, Y., & Zhou, Y. (2024). Wind turbine airfoil noise prediction using dedicated airfoil database and deep learning technology, Applied Energy, 364, 123165. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123165

15.      Ahmed, M. M., Robin, H. M., Shahadat, M. Z., & Masud, M. H. (2025). Innovative approaches for reducing wind turbine noise: A review from mechanical and aerodynamic perspective. Energy Reports, 13, 728-746. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.12.049

16.      Volkmer, K., Kaufmann, N., & Carolus, T. H. (2021). Mitigation of the aerodynamic noise of small axial wind turbines ‒ methods and experimental validation. Journal of Sound and Vibration, 500, 116027. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116027

17.      Dorrego, J. R., Ríos, A., Hernandez-Escobedo, Q., Campos-Amezcua, R., Iracheta, R., Lastres, O., …, & Perea-Moreno, A.-J. (2021). Theoretical and Experimental Analysis of Aerodynamic Noise in Small Wind Turbines. Energies, 14(3), 727. https://doi.org/10.3390/en14030727

18.      Zhang, Y., Avallone, А., & Watson, І. (2022). Wind turbine blade trailing edge crack detection based on airfoil aerodynamic noise: An experimental study. Applied Acoustics, 191, 108668. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2022.108668

19.      Zhang, Y., Avallone, А., & Watson, І. (2023). Leading edge erosion detection for a wind turbine blade using far-field aerodynamic noise. Applied Acoustics, 207, 109365. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2023.109365

20.      Ocker, C., Blumendeller, E., Berlinger, Ph., Pannert, W., & Clifton, A. (2022). Localization of wind turbine noise using a microphone array in wind tunnel measurements. Wind Energy, 25(1), 149-167. https://doi.org/10.1002/we.2665

21.      Cao, H., Zhou, T., Qi, L., & Zhang, M. (2022). An experimental study of tonal noise from a wind turbine airfoil with flat plate serrations. Applied Acoustics, 191, 108664. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2022.108664

22.      Raus, D., Cotté, B., Monchaux, R., Jondeau, E., Souchotte, P., & Roger, M. (2022). Experimental study of the dynamic stall noise on an oscillating airfoil. Journal of Sound and Vibration, 537, 117144. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2022.117144

• < Попередня
• Наступна >