Verfügbarkeit: Minderung des strömungsinduzierten Schalls bei axialen Kleinwindturbinen - Methoden und experimentelle Validierung

Minderung des strömungsinduzierten Schalls bei axialen Kleinwindturbinen - Methoden und experimentelle Validierung:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Volkmer, Kevin 1988- (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Düren Shaker Verlag 2020
Ausgabe:	[1. Auflage]
Schriftenreihe:	Berichte aus der Strömungstechnik
Schlagworte:	Miniaturisierung Windturbine Geräuschminderung Strömungsakustik Schalldämmung Windkraftanlage Schall Aeroakustik Schallminderung Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	136 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm, 228 g
ISBN:	9783844073140 3844073140

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS NOMENKLATUR IX 1 EINLEITUNG 1 1.1 MOTIVATION ....................................................................................................................... 1 1.2 ZIELSETZUNG ...................................................................................................................... 2 1.3 GLIEDERUNG ....................................................................................................................... 3 2 STAND DER FORSCHUNG 5 2.1 FUNKTIONSWEISE HORIZONTALACHSIGER WINDTURBINEN ........................................................ 5 2.2 SCHALLENTSTEHUNGSMECHANISMEN .................................................................................... 7 2.3 SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN ...................................................................................... 10 2.3.1 AUSBLASEN UND ABSAUGEN .................................................................................. 11 2.3.2 HINTERKANTENZACKEN UND -BUERSTEN ................................................................... 11 2.3.3 GRENZSCHICHTTRIPPING ........................................................................................ 12 2.3.4 MODIFIKATION DER ZWEIDIMENSIONALEN TRAGFLUEGELPROFILGEOMETRIE .................. 13 2.3.5 OPTIMIERUNG DES DREIDIMENSIONALEN BLATTAUFBAUS .......................................... 14 2.3.6 DREHZAHLREDUKTION ............................................................................................ 15 2.4 MODELLE UND VERFAHREN ZUR SCHALLPROGNOSE UND -MINDERUNG ..................................... 16 2.4.1 EINFACHE EMPIRISCHE UND ANALYTISCHE SCHALLPROGNOSEMODELLE ....................... 16 2.4.2 KOMPLEXERE SCHALLPROGNOSEMODELLE ............................................................... 17 2.4.3 OPTIMIERUNGSVERFAHREN ..................................................................................... 18 2.5 SCHLUSSFOLGERUNGEN ....................................................................................................... 20 3 REFERENZTURBINE UND TURBINENTESTFELD 23 3.1 REFERENZTURBINE ............................................................................................................ 23 3.1.1 GEOMETRIE ......................................................................................................... 23 3.1.2 TURBINENREGELUNG ............................................................................................. 24 3.2 TURBINENTESTFELD ............................................................................................................ 25 3.3 MESSDATENERFASSUNG UND -VERARBEITUNG........................................................................ 27 3.3.1 NICHT-AKUSTISCHE PARAMETER ............................................................................. 29 3.3.2 AKUSTISCHE PARAMETER ....................................................................................... 34 3.3.3 STAND DER TECHNIK: PERFORMANCE DER REFERENZTURBINE ................................... 41 4 AERODYNAMISCHE KENNGROESSEN FUER EIN TRAGFLUEGELSEGMENT UND EIN TURBINENBLATT 43 4.1 GRUNDLEGENDE KENNGROESSEN .......................................................................................... 43 4.2 VERFAHREN ZUR BERECHNUNG DER AERODYNAMISCHEN KENNGROESSEN .................................46 VI INHALTSVERZEICHNIS 4.2.1 2D-PANELSIMULATIONSPROGRAMM XFOIL ............................................................ 47 4.2.2 2D-RANS-SIMULATIONSPROGRAMM EDDYBL ................................................. 47 4.3 ROTIERENDES TURBINENBLATT: BEM-PROGRAMM PTIDE ................................................ 48 5 EINFACHE SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN 49 5.1 GRENZSCHIC HTTRIPPING .....................................................................................................49 5.2 HINTERKANTENZACKEN ...................................................................................................... 50 6 SCHALLMINDERUNG DURCH NEUE PROFILGEOMETRIE 53 6.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE ........................................................................................ 53 6.2 POLAREN- UND HINTERKANTENSCHALLVORHERSAGE ................................................................. 54 6.2.1 MODELLIERUNG DER WANDDRUCKSPEKTREN ............................................................ 55 6.2.1.1 TNO-MODELL NACH LAU .................................................................... 55 6.2.1.2 MODELL NACH KAMRUZZAMAN ..................................................... 56 6.2.2 AMIETS ERWEITERTES FEMFELDSCHALLMODELL ...................................................... 57 6.3 DEFINITION DER ZIELGROESSE HINTERKANTENSCHALLDRUCKPEGEL ......................................... 60 6.4 OPTIMIERUNGSPARAMETER ................................................................................................. 61 6.5 EVOLUTIONAERER OPTIMIERUNGSALGORITHMUS ...................................................................... 62 6.6 ZIELFUNKTIONEN ............................................................................................................... 62 7 TRAGFLUEGELSEGMENT: OPTIMIERUNGSERGEBNIS UND EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG IM WINDKANAL 65 7.1 OPTIMIERUNGSERGEBNISSE ................................................................................................ 65 7.1.1 PROFILKONTUR ....................................................................................................... 65 7.1.2 STATISCHE DRUCKVERTEILUNG (XFOIL) ................................................................... 66 7.1.3 AERODYNAMISCHE POLARE (XFOIL) ...................................................................... 67 7.1.4 AKUSTISCHE POLAREN UND SCHALLDRUCKSPEKTREN (MODELLVORHERSAGE) ............... 67 7.2 EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG IM WINDKANAL ............................................................... 68 7.2.1 STATISCHE DRUCKVERTEILUNG ................................................................................. 69 7.2.2 AKUSTISCHE POLAREN UND SCHALLDRUCKSPEKTREN ................................................. 70 7.3 DISKUSSION UND SCHLUSSFOLGERUNGEN ............................................................................ 71 8 ANWENDUNG DER SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN AUF DIE TURBINE 79 8.1 UMSETZUNGSSCHRITTE .................................................................................................... 79 8.1.1 GRENZSCHICHTTRIPPING ........................................................................................ 79 8.1.2 HINTERKANTENZACKEN .......................................................................................... 80 8.1.3 TURBINENBLATT MIT DEM OPTIMIERTEN PROFIL KV200 .......................................... 81 INHALTSVERZEICHNIS VII 8.2 ERGEBNISSE ..................................................................................................................... 85 8.2.1 GRENZSCHICHTTRIPPING ........................................................................................ 85 8.2.2 HINTERKANTENZACKEN .......................................................................................... 86 8.2.3 BLATTPROFIL .......................................................................................................... 87 8.2.4 KOMBINATIONEN VON MASSNAHMEN ..................................................................... 89 8.3 DETAILUNTERSUCHUNGEN .................................................................................................. 91 8.4 VORLAEUFIGES FAZIT .......................................................................................................... 94 9 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 97 ANHANG A: DETAILS ZU DEN TURBINENMESSUNGEN 101 A.L VERWENDETE MESSHARDWARE ....................................................................................... 101 A.2 UNSICHERHEITSBETRACHTUNG DER WINDTURBINENTESTS ..................................................... 102 A.3 MESSUNG DER WELLENLEISTUNG ..................................................................................... 106 A.4 MESSUNG DER SCHALLLEISTUNG ....................................................................................... 112 A.5 UMFANG DER GEMESSENEN DATENSAETZE ........................................................................ 114 A.6 WINDRICHTUNG UND AUSRICHTUNG DER TURBINE ............................................................ 114 A.7 HINTERGRUNDGERAEUSCH UND HINTERGRUNDGERAEUSCHABSTAND .......................................... 114 A.8 METHODE: SCHALLQUELLENORTUNG MIT EINEM MIKROFONARRAY ........................................ 118 ANHANG B: TRAGFLUEGELSEGMENTVERMESSUNGEN 121 ANHANG C: KOORDINATEN DER OPTIMIERTEN PROFILE 125
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS NOMENKLATUR IX 1 EINLEITUNG 1 1.1 MOTIVATION . 1 1.2 ZIELSETZUNG . 2 1.3 GLIEDERUNG . 3 2 STAND DER FORSCHUNG 5 2.1 FUNKTIONSWEISE HORIZONTALACHSIGER WINDTURBINEN . 5 2.2 SCHALLENTSTEHUNGSMECHANISMEN . 7 2.3 SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN . 10 2.3.1 AUSBLASEN UND ABSAUGEN . 11 2.3.2 HINTERKANTENZACKEN UND -BUERSTEN . 11 2.3.3 GRENZSCHICHTTRIPPING . 12 2.3.4 MODIFIKATION DER ZWEIDIMENSIONALEN TRAGFLUEGELPROFILGEOMETRIE . 13 2.3.5 OPTIMIERUNG DES DREIDIMENSIONALEN BLATTAUFBAUS . 14 2.3.6 DREHZAHLREDUKTION . 15 2.4 MODELLE UND VERFAHREN ZUR SCHALLPROGNOSE UND -MINDERUNG . 16 2.4.1 EINFACHE EMPIRISCHE UND ANALYTISCHE SCHALLPROGNOSEMODELLE . 16 2.4.2 KOMPLEXERE SCHALLPROGNOSEMODELLE . 17 2.4.3 OPTIMIERUNGSVERFAHREN . 18 2.5 SCHLUSSFOLGERUNGEN . 20 3 REFERENZTURBINE UND TURBINENTESTFELD 23 3.1 REFERENZTURBINE . 23 3.1.1 GEOMETRIE . 23 3.1.2 TURBINENREGELUNG . 24 3.2 TURBINENTESTFELD . 25 3.3 MESSDATENERFASSUNG UND -VERARBEITUNG. 27 3.3.1 NICHT-AKUSTISCHE PARAMETER . 29 3.3.2 AKUSTISCHE PARAMETER . 34 3.3.3 STAND DER TECHNIK: PERFORMANCE DER REFERENZTURBINE . 41 4 AERODYNAMISCHE KENNGROESSEN FUER EIN TRAGFLUEGELSEGMENT UND EIN TURBINENBLATT 43 4.1 GRUNDLEGENDE KENNGROESSEN . 43 4.2 VERFAHREN ZUR BERECHNUNG DER AERODYNAMISCHEN KENNGROESSEN .46 VI INHALTSVERZEICHNIS 4.2.1 2D-PANELSIMULATIONSPROGRAMM XFOIL . 47 4.2.2 2D-RANS-SIMULATIONSPROGRAMM EDDYBL . 47 4.3 ROTIERENDES TURBINENBLATT: BEM-PROGRAMM PTIDE . 48 5 EINFACHE SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN 49 5.1 GRENZSCHIC HTTRIPPING .49 5.2 HINTERKANTENZACKEN . 50 6 SCHALLMINDERUNG DURCH NEUE PROFILGEOMETRIE 53 6.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE . 53 6.2 POLAREN- UND HINTERKANTENSCHALLVORHERSAGE . 54 6.2.1 MODELLIERUNG DER WANDDRUCKSPEKTREN . 55 6.2.1.1 TNO-MODELL NACH LAU . 55 6.2.1.2 MODELL NACH KAMRUZZAMAN . 56 6.2.2 AMIETS ERWEITERTES FEMFELDSCHALLMODELL . 57 6.3 DEFINITION DER ZIELGROESSE HINTERKANTENSCHALLDRUCKPEGEL . 60 6.4 OPTIMIERUNGSPARAMETER . 61 6.5 EVOLUTIONAERER OPTIMIERUNGSALGORITHMUS . 62 6.6 ZIELFUNKTIONEN . 62 7 TRAGFLUEGELSEGMENT: OPTIMIERUNGSERGEBNIS UND EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG IM WINDKANAL 65 7.1 OPTIMIERUNGSERGEBNISSE . 65 7.1.1 PROFILKONTUR . 65 7.1.2 STATISCHE DRUCKVERTEILUNG (XFOIL) . 66 7.1.3 AERODYNAMISCHE POLARE (XFOIL) . 67 7.1.4 AKUSTISCHE POLAREN UND SCHALLDRUCKSPEKTREN (MODELLVORHERSAGE) . 67 7.2 EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG IM WINDKANAL . 68 7.2.1 STATISCHE DRUCKVERTEILUNG . 69 7.2.2 AKUSTISCHE POLAREN UND SCHALLDRUCKSPEKTREN . 70 7.3 DISKUSSION UND SCHLUSSFOLGERUNGEN . 71 8 ANWENDUNG DER SCHALLMINDERUNGSMASSNAHMEN AUF DIE TURBINE 79 8.1 UMSETZUNGSSCHRITTE . 79 8.1.1 GRENZSCHICHTTRIPPING . 79 8.1.2 HINTERKANTENZACKEN . 80 8.1.3 TURBINENBLATT MIT DEM OPTIMIERTEN PROFIL KV200 . 81 INHALTSVERZEICHNIS VII 8.2 ERGEBNISSE . 85 8.2.1 GRENZSCHICHTTRIPPING . 85 8.2.2 HINTERKANTENZACKEN . 86 8.2.3 BLATTPROFIL . 87 8.2.4 KOMBINATIONEN VON MASSNAHMEN . 89 8.3 DETAILUNTERSUCHUNGEN . 91 8.4 VORLAEUFIGES FAZIT . 94 9 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 97 ANHANG A: DETAILS ZU DEN TURBINENMESSUNGEN 101 A.L VERWENDETE MESSHARDWARE . 101 A.2 UNSICHERHEITSBETRACHTUNG DER WINDTURBINENTESTS . 102 A.3 MESSUNG DER WELLENLEISTUNG . 106 A.4 MESSUNG DER SCHALLLEISTUNG . 112 A.5 UMFANG DER GEMESSENEN DATENSAETZE . 114 A.6 WINDRICHTUNG UND AUSRICHTUNG DER TURBINE . 114 A.7 HINTERGRUNDGERAEUSCH UND HINTERGRUNDGERAEUSCHABSTAND . 114 A.8 METHODE: SCHALLQUELLENORTUNG MIT EINEM MIKROFONARRAY . 118 ANHANG B: TRAGFLUEGELSEGMENTVERMESSUNGEN 121 ANHANG C: KOORDINATEN DER OPTIMIERTEN PROFILE 125
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