随着风电机组的大型化与风电场的大规模建设,风电机组对环境的影响成为人们普遍关注的问题。风电机组叶片的气动噪声是其中较为突出的问题之一。风电机组叶片气动噪声的产生机理与降噪方法成为风力机叶片研究中的热点。研究工作围绕上述两个热点问题展开,分别采用经验模型(BPM)方法和计算流体力学结合声类比(CFD/FW-H)方法,首先研究了典型风力机翼型的气动噪声特性,提出了基于涡发生器的降噪方法;针对某兆瓦级风电机组叶片,研究其不同风速条件下、不同展向位置处的气动噪声特性,探索了基于涡发生器的风力机叶片降噪方法。首先,以DU97-W-300-flatback钝尾缘风力机翼型为研究对象,分别采用BPM和CFD/FW-H方法模拟了翼型气动噪声特性,通过将计算值与实验值进行比较,验证了 BPM模型和CFD/FW-H模拟结果的可信度。CFD/FW-H计算结果与BPM计算结果在高频区较接近,且均与实验值吻合较好,但在低频区CFD/FW-H计算结果优于BPM计算结果。比较了不同湍流计算方法(URANS、DES、LES)对CFD/FW-H模拟结果的影响。研究发现,三种湍流计算方法得到翼型声压级的主频基本一致,主频所对应的声压级大小也基本一致。计算所得主频比实验主频略低,但声压级的峰值相近。同套网格情况下,三种计算方法中,URANS计算结果与DES计算结果基本相同,但DES计算结果更加接近实验值。流场中声压的变化与压力的变化是密不可分的,脉动声压与脉动压力得到的主频及高阶谐波频率基本一致。在翼型尾缘下游沿流向不同位置处,声压频谱的主频基本一致。在验证与确认的基础上,以DU97-W-300-flatback和DU97-W-300风力机翼型为研究对象,采用CFD/FW-H方法,研究了来流攻角和翼型尾缘厚度对翼型气动噪声特性的影响,揭示了大钝尾缘翼型气动噪声与尾缘脱落涡之间的关系。研究发现,翼型气动噪声声压级并不随攻角单调变化,而是呈先减小后增加的变化趋势。翼型总声压级随着半径距离的增加而逐渐减小,在不同半径距离处,翼型噪声的指向性分布均呈明显的偶极子形状。翼型尾缘噪声明显要大于前缘噪声,且前缘及尾缘噪声均小于翼型上下表面噪声。小攻角时,翼型噪声指向性在翼型上下表面的分布基本沿弦线对称;大攻角时,基本沿来流对称分布。常规翼型在小攻角时,声压级分布呈现低频特性;大攻角时,呈现宽频特性。钝尾缘翼型声压级分布均呈现出低频特性。钝尾缘翼型在较小攻角时,其声压级大于常规翼型;在大攻角时,两者相差较小。其次,研究了采用三角形涡发生器降低气动噪声的方法。以上述两个典型风力机翼型为对象,采用CFD/FW-H方法,揭示了涡发生器降噪机理,得到了涡发生器产生集中涡与分离旋涡的干涉流场,以及集中涡涡流噪声与分离旋涡噪声对叶片及翼型气动噪声的影响规律。研究发现,涡发生器在不同攻角下对翼型噪声的影响规律略有不同。在小攻角时,涡发生器能降低翼型气动噪声;在较大攻角时,涡发生器也能降低翼型气动噪声;但在某些中间攻角时,涡发生器反而会增加翼型气动噪声。对于洁净翼型,小攻角时,翼型的噪声特性呈现低频特性,而较大攻角时呈现出宽频特性。对于带涡发生器翼型,在所有攻角下,翼型噪声分布均呈现低频特性。最后,以某兆瓦级风力机叶片为研究对象,采用CFD/FW-H方法,研究了该叶片5个叶展位置处翼型的气动噪声特性和整个风轮的三维气动噪声特性。研究发现,翼型厚度越大声压级越大。但翼型失速之后,声压级大小与翼型厚度相关性不大。对于某个特定翼型,其噪声强度并不随攻角呈线性变化。得出了翼型气动噪声随攻角的变化规律与翼型升阻比的变化规律密切相关。对于三维叶片噪声的指向性分布,在内叶展,叶片前缘、尾缘处的声压级大于叶片上下表面处声压级。在叶片的前缘、尾缘处,噪声呈现明显的宽频特性;在叶片的上下表面,噪声呈现出低频特性;在外叶展,噪声的指向性分布与孤立翼型类似,即为典型的偶极子分布。在叶片前缘、尾缘处声压级小于叶片上下表面声压级。越靠近外叶展,噪声呈现出宽频特性。在此基础之上,研究了不同风速条件下,在内叶展布置三种涡发生器结构(三角形、梯形、矩形)对叶片气动噪声的影响。研究发现,三种涡发生器均能推迟流动分离,提高叶片气动性能;矩形涡发生器会增加叶片气动噪声,梯形及三角形涡发生器均会降低叶片气动噪声,三角形涡发生器使叶片气动噪声降低最多。三角形涡发生器降噪效果最优。