Assessment of Noise Production from Airfoils for Wind Turbines

Abstract

Vindenergi er en lovende måte å produsere fornybar energi på, og det blir bygget flere nye vindparker nå enn noen gang tidligere. Likevel blir vindparker møtt med lokal motstand mange steder, og et av motstandernes argumenter er støyforurensning. Derfor var målet med denne studien å simulere støyproduksjon fra vingeprofiler, som kan utvides til å simulere aerodynamisk støy fra vindturbiner. Metoden hadde likhetstrekk med et arbeid utført av Sintef og IVKDF, som beregner veggtrykkspektra og lydtrykknivå for de tre vingeprofilene NACA0012, NACA64418 og DU96. Likevel har denne studien erstattet noen steg med enklere steg som også har åpen kildekode, for å vurdere om de produserer tilstrekkelig nøyaktige resultater. I denne studien ble trykkfordelinger beregnet ved hjelp av OpenFOAM sin SimpleFoam-kalkulator, som en alternativ metode, og disse trykkfordelingene ble brukt videre til å beregne støy. Mellomresultater ble validert, og viste akseptabelt samsvar med referanser, bortsett fra nærmere vingeprofilenes bakkanter. Siden dette også er hvor støyen ble beregnet, ga det noen unøyaktigheter i støyresultatene også. Likevel er enkle forbedringer i data-maskenettet sannsynligvis tilstrekkelig til å gi en signifikant forbedring av resultatene, og dette gjør metoden aktuell for større studier av støy fra vingeprofiler og vindturbiner.

Wind energy is a promising way of renewable energy production, and new wind parks are being built at faster rate than ever before. However, wind parks are met with local protests many places, and one of the protesters' arguments is noise pollution. Therefore, this study aimed to simulate noise production from airfoils, which can be expanded into simulating aerodynamic noise from wind turbines. The methodology was similar to one performed by Sintef and IVKDF, which calculates the wall-pressure spectra and sound pressure levels of the three airfoils NACA0012, NACA64418 and DU96. However, the present study replaced some steps with simple and open-source methods, aiming to evaluate whether they produced sufficiently accurate results. In this study, pressure distributions were calculated by OpenFOAM's SimpleFoam solver as an alternative method, and these pressure distributions were used as inputs for calculating noise production. Intermediate results were validated, and showed acceptable agreement with references, except close to the trailing edges of the airfoils. Since this was where the noise was calculated, it led to some inaccuracies in the noise results as well. However, simple improvements in the mesh can most likely improve the results significantly, making the methodology applicable for larger studies of airfoil noise and wind turbine noise.