摘要：针对潮流能水轮机发电效率较低的问题,该文将格尼襟翼(Gurney flap,GF)流动控制理论引入潮流能水轮机叶片设计领域来改善水轮机叶片的水动力学性能,并开展GF及其参数对水轮机叶片水动力学特性的影响规律的研究。以NACA4418翼型作为研究对象,分别对基础翼型段和带GF的水轮机叶片翼型段建立三维模型,应用CFD数值模拟方法,研究了不同GF高度、弦向位置以及偏转角度对叶片翼型水动力学性能的影响。结果表明:翼型段上安装格尼襟翼能够有效提高升力系数,合理的GF参数设置可以有效地改善翼型段的水动力学性能,该研究中当GF安装在尾缘处且高度为3%C(C为弦长)、偏转角度为90°时,对翼型段改善效果最佳,其最大升力系数增加60.51%。

摘要：基于叶素动量理论对水平轴潮流能水轮机叶片外形进行设计,并结合Wilson方法修正计算模型,采用Matlab软件对叶片进行优化计算,得到优化后的弦长和扭角。通过坐标转换得到优化后翼型的三维坐标,将得到的坐标导入Solid Works软件中建立叶片的三维模型。最后通过Fluent软件对设计的水轮机在不同尖速比下进行三维数值模拟。计算结果表明,设计的水轮机在水流速度为0.8 m/s,叶尖速比为3时,捕能系数能取得较大值,且水轮机无回流现象,具有良好的水动力特性。

摘要：叶片是潮流能水轮机组的主要获能部件,设计良好、质量小、稳定性佳的叶片对潮流能水轮机组的正常运行起着重要作用。为了解决100 kW潮流能水轮机复合材料叶片的材料利用率较低、叶片自重较大的问题,对复合材料叶片的内部结构进行优化设计,并利用有限元软件ANSYS建立叶片的三维模型,在考虑不同铺层方案的情况下,对叶片的蒙皮、主梁和腹板的厚度进行优化。优化结果表明,优化后叶片的质量降低了13.97%。考虑到叶片容易失稳的特点,对优化后的叶片进行屈曲敏感性分析,分析发现,蒙皮厚度和主梁厚度对叶片稳定性的影响最大。

摘要：鉴于潮流能水轮机叶轮叶片性能的好坏关系到叶轮的捕能效果,而叶片翼型的水动力性能是叶片设计的基础,基于CFD软件ANSYS CFX对部分翼型的水动力性能进行了分析。首先在不同湍流模型下对NACA2412翼型的部分水动力特性进行数值模拟并与试验值做对比分析;然后在SST湍流模型下,对NACA64421翼型在攻角为0°时,探讨了边界层网格对数值模拟结果的影响;并对其在攻角为-2°-20°情形下的水动力性能进行了数值模拟。结果表明,湍流模型的选用、边界层网格划分及近壁尺寸的选取对数值模拟结果的影响均较大,并通过数值模拟得到了NACA64421翼型的升力系数、阻力系数、最佳攻角、失速角等水动力性能参数,可为水轮机叶片设计时翼型的选取提供参考。

摘要：为了得到高性能的潮流能水轮机叶片翼型,本文在分析潮流能水轮机叶片翼型设计方法和设计要求的基础上,以NACA4418翼型为初始翼型,采用儒可夫斯基保角变换的方法对翼型进行参数化建模,以最大升阻比为目标函数,通过设定设计变量、施加约束条件等对初始翼型进行优化设计,采用MATLAB软件编程遗传算法进行全局寻优求解,寻找到最优解后,采用CFD(Computational Fluid Dynamic)软件Fluent对NACA4418翼型和优化翼型进行翼型绕流数值计算,比较数值计算结果表明,优化翼型相比于初始翼型升力系数和升阻比都有所提高。

摘要：研究潮流能水轮机在单列布置时不同间距工况下的性能和尾流场效应,对潮流能水轮机发电场的布置选址及商业化运行具有重要意义。基于流体分析软件STAR-CCM+,首先对单台机组尾流场各垂向断面叶轮扫略范围内速度、动量和动能物理量进行积分,发现各物理量之间差值会随着速度恢复值的增大而减小;而后在机组间距为10D、14D、18D(D为转轮直径)工况下单列布置双台机组,发现在同一叶尖速比下后方机组的功率系数、推力系数、功率系数与推力系数的比值均随机组间距的增大而增大,且随着机组间距的增大后方机组的最优叶尖速比更加接近于设计值;在前后方机组均处于最优叶尖速比的情况下,发现机组间距的改变会对后方机组近尾流速度恢复产生较大影响,但随着尾流的扩散其影响逐渐衰弱。

摘要：根据潮流能水轮机的工作条件与技术要求,开发新型潮流能水轮机叶片专用翼型。建立多目标优化模型,采用遗传算法进行寻优求解,得到最大相对厚度范围为12.6%~38.8%的五种新翼型,构成潮流能水轮机叶片专用翼型族系列。开发了水平轴潮流能水轮机设计软件,搭建潮流能水轮机叶片翼型数据库,通过在潮流能水轮机设计软件中调用叶片翼型数据,为潮流能水轮机叶片设计提供方便。

摘要：为了开发一种水力性能良好的水平轴潮流能水轮机,以Fluent软件为平台,利用CFD技术,对潮流能水轮机进行三维湍流数值模拟:利用三种具有不同特征翼型形成两种类型共8种不同叶片,对这8种叶片形成的水轮机流场进行三维数值模拟计算。模拟结果发现,水轮机叶片叶尖采用对称翼型及叶根采用弯度较大翼型能够获得较好的水力性能。最优方案水轮机内部流场流态良好,符合设计要求。

摘要：针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题,基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行动态调整,仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。通过仿真分析,结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放角度的增加,尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小,叶片安放角为6°时,叶轮前后速度差最大,对潮流能利用充分,且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力,叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大,升阻比在6°时最大,此时叶尖叶素升阻比C_L/C_D=6.27、攻角α=3.06°。由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成,即加速度增大的加速运动段—加速度减小的加速运动段—加速度反向增大的减速运动段—加速度反向减小的减速运动段—稳定运行段,这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。

摘要：为了提高潮流能水轮机专用层流翼型的水动力学性能,在初始翼型的基础上,采用3阶Bezier曲线对翼型进行参数化建模,使用MATLAB对遗传算法进行编程,以高升阻比为目标寻求最优解;得到最优解后,使用流体动力学软件Fluent对初始翼型以及优化后的层流翼型进行了数值模拟。数值模拟结果表明:相比于初始翼型,优化后的层流翼型在升、阻力特性上均有了较大的提升;在小攻角范围内,优化后的层流翼型的升力系数高于初始翼型,阻力系数低于初始翼型;优化后的层流翼型的最大升阻比为17.377 19,比初始翼型的13.186 91提高了31.94%。文章验证了使用Bezier曲线和遗传算法对潮流能水轮机层流翼型进行优化设计的可行性。