This paper demonstrates a computational method in predicting aerodynamic noise generated from wind turbines. Low frequency noise due to displacement of fluid and leading fluctuation, according to the blade passing motion, is modelled on monopole and dipole sources. They are predicted by Farassat 1A equation. Airfoil self noise and turbulence ingestion noise are modelled upon quadrupole sources and are predicted by semi-empirical formulas composed on the groundwork of Brooks et al. and Lowson. Aerodynamic flow in the vicinity of the blade should be obtained first, while noise source modelling need them as numerical inputs. Vortex Lattice Method(VLM) is used to compute aerodynamic conditions near blade. In the use of program X-foil [M.Drela] boundary layer characteristics are calculated to obtain airfoil self noise. Wind turbine blades are divided into spanwise unit panels, and each panel is considered as an independent source. Retarded time is considered, not only in low frequency noise but also In turbulence ingestion noise and airfoil self noise prediction. Numerical modelling is validated with measurement from NREL [AOC15/50 Turbine) and ETSU [Markham's VS45] wind turbine noise measurements.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1490-1493
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2007
Aerodynamic noise generated from wind turbines is predicted by it's classified source mechanisms using computational method. BPF noise according to the blade passing motion, is modelled on monopole and dipole sources. They are predicted by Farassat 1A equation. Airfoil self noise and turbulence ingestion noise are modelled upon quadrupole sources and are predicted by semi-empirical formulas composed on the groundwork of Brooks et al. and Lowson. Retarded time is considered, not only in low frequency noise prediction but also in turbulence ingestion noise and airfoil self noise prediction. Wind turbine noise emission of a 3MW wind turbine and a 600 kW wind turbine, standing for large and middle sized wind turbines, is analyzed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.476-476
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2009
Periodic vortex separations generate periodic vertical forces acting on a trailing edge of an airfoil. When a natural frequency of the trailing edge of the airfoil is close to a vortex shedding frequency, an amplitude of the edge oscillation becomes maximal; it makes intensive noise called singing. Motion of the trailing edge may also feedback to the vortex shedding so that self-sustained oscillation appear, and a resonant frequency is locked in some interval of the speed of the incident flow. In this study, a theoretical model is proposed and applied for modeling an airfoil singing. Results are compared with experimental measurements which are carried out in an anechoic wind tunnel.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.2
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pp.115-121
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2010
Periodic vortex separations generate periodic vertical forces acting on a trailing edge of an airfoil. When a natural frequency of the trailing edge of the airfoil is close to a vortex shedding frequency, an amplitude of the edge oscillation becomes maximal; it makes intensive noise called singing. Motion of the trailing edge may also feedback to the vortex shedding so that self-sustained oscillation appears, and a resonant frequency is locked in some interval of the speed of the incident flow. In this study, a theoretical model is proposed and applied for modeling an airfoil singing. Results are compared with experimental measurements which are carried out in an anechoic wind tunnel.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.05a
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pp.72-73
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2010
In this paper, the main noise sources and its radiated noise levels of upwind horizontal-axis wind turbines are experimentally and theoretically investigated. Theoretical predictions for indentifying the dominant source locations are made by using the empirical noise prediction model of Brooks et al. (1989) for the airfoil self noise. Through the comparison of theoretical results with the experimental results, turbulence-boundary-layer-trailing-edge (TBL-TE) noise is revealed to be the dominant source over all frequency range and separation and stall (S-S) noise is possibly important in the relative lower frequency range compared with TBL-TE noise.
Kim, Tae-Hyung;Lee, Seung-Min;Kim, Ho-Geon;Lee, Soo-Gab
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.465-465
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2009
Wind power is one of the most reliable renewable energy sources and the installed wind turbine capacities are increasing radically every year. Although wind power has been favored by the public in general, the problem with the impact of wind turbine noise on people living in the vicinity of the turbines has been increased. Low noise wind turbine design is becoming more important as noise is spreading more adverse effect of wind turbine to public. This paper demonstrates the design of 10 kW class wind turbines, each of three blades, a rotor diameter 6.4m, a rated rotating speed 200 rpm and a rated wind speed 10 m/s. The optimized airfoil is dedicated for the 75% spanwise position because the dominant source of a wind turbine blade has been known as trailing edge noise from the outer 25% of the blade. Numerical computations are performed for incompressible flow and for Mach number at 0.145 and for Reynolds numbers at $1.02{\times}10^6$ with a lift performance, which is resistant to surface contamination and turbulence intensity. The objective in the low design process is to reduce noise emission, while sustaining high aerodynamic efficiency. Dominant broadband noise sources are predicted by semi-empirical formulas composed of the groundwork by Brooks et al. and Lowson associated with typical wind turbine operation conditions. During the airfoil redesign process, the aerodynamic performance is analyzed to minimize the wind turbine power loss. The results obtained from the design process show that the design method is capable of designing airfoils with reduced noise using a commercial 10 kW class wind turbine blade airfoil as a basis. The new optimized airfoil clearly indicates reduction of total SPL about 3 dB and higher aerodynamic performance.
Wind turbine noise become main environmental problem as wind energy have been installed all around. Noise from large wind turbine give annoyance to listener, moreover it increase loading to whole system by restricting blade tip speed. However accurate noise mechanism of wind turbine is not yet examined. This paper reviewed noise source and analysis theory. Broadband noise if main component of wind turbine noise and airfoil self noise is main noise source. These make acoustic analogy hard to apply for analysis. For this reason, experimental equation is method for wind turbine noise prediction up to now. Spectrum analysis shows that vortex shedding noise exists around $1k{\sim}2k$ Hz. This region is most sensitive frequency range to human. Thus it is necessary to reduce this noise source.
This study predicted broadband noise from a generic 2.5MW wind turbine blade in the time domain. The rotor blade was modeled as thin rectangular flat plates. A simplified analytic model proposed by Amiet was used to model the unsteady surface pressure distribution. The acoustic pressure was calculated by using the loading term of Formulation 1A proposed by Farassat. The validation was also performed by comparing with an experiment of Brooks, Pope, and Marcolini. By using these numerical methods, the broadband noise signal of the wind turbine was successfully predicted in this study.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.768-773
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2001
The self-noise from blade cascade at off-design points mainly comes from separated boundary layer and vortex sheddings, and is also dependent on blade shape. If the incidence angle to the cascade increases, the stalling in blades may occur and the noise level increases significantly. The hybrid method using acoustic analogy was employed to compute the far-field noise spectra and directivity patterns from the separated vortex shedding at off-design points of the cascade of impeller. This paper is compared with the experimental data of a stationary cascade in the same conditions. The simulated result is in excellent .agreement with the measured data except th slight under-prediction near the maximum radiation angle for a dipole sound.
The broadband noise generated aerodynamically from a two-bladed axial flow fan has been measured and compared to the result of a self-noise prediction method. The prediction scheme is based on the experimental data set acquired from a series of aerodynamic and acoustic tests of two and three-dimensional airfoil blade sections. For low blade loading case the comparison showed a reasonably good agreement, but as the loading becomes larger the empirical formula overpredict the sound pressure level at high frequency range. This is probably due to the use of stationary wing data for the prediction of rotating blade case, which will be quite different in their vortex strength at the blade tip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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