A Numerical Study on Analysis of Low Frequency Aero-acoustic Noise for a HAWT of NREL Phase VI

The purpose of this work is to predict the low frequency aero-acoustic noise generated from the horizontal axis wind turbine, NREL Phase VI for the whole operating conditions of various wind speeds using large eddy simulation and Ffowcs-Williams and Hawkings model provided in the commercial code, FLUENT. Because there is no experimental data about wind turbine noise, we first of all compared aerodynamic performance such as shaft torque and power with experimentally measured value. Performance results show a good agreement with experimental data within about 0.8%. As the wind speed increases, the overall sound pressure level and the sound pressure level by the quadrupole and dipole source show a increasing tendency. Also, sound pressure level is proportional to $r^{-2}$ in the near field and $r^{-1}$ in the far field according to the increase of distance from the center of hub of wind turbine. According to 2 times increase of distance, sound pressure level is reduced by about 6dB.

NREL Phase VI 수평축 풍력터빈의 저주파 공력소음 해석에 관한 수치적 연구

본 연구의 목적은 수평축 풍력터빈인 NREL Phase VI를 대상으로 ANSYS FLUENT에서 제공하는 LES와 FW-H 상사식을 이용하여 풍력발전기로부터 방사되는 저주파 공력소음을 수치적으로 예측하는 것이다. 풍력발전기 공력소음에 관한 어떠한 실험적 자료가 존재하지 않으므로, 먼저 정격풍속에서 토크와 출력 등의 공력성능 수치결과를 실험결과와 비교하여 소음원 예측의 타당성을 검증한 후, 풍속 변화에 따른 공력소음 특성을 분석하였다. 그 결과 수치성능결과는 약0.8%이내에서 실험결과와 잘 일치하였다. 풍속이 증가함에 따라 사극자와 이극자에 의한 총음압레벨은 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 풍력터빈 허브중심으로부터 거리가 증가함에 따라 원방에서는 $r^{-1}$, 근방에서는 $r^{-2}$에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 거리가 두배 증가함에 따른 총음압레벨은 약 6dB 감소하였다.