基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文基于CFD方法的竖轴叶轮性能模拟及翼型优化姓名：孙阳申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：张亮20090101哈尔滨工程大学硕+学位论文摘要竖轴叶轮是风力发电机组或海(潮)流发电机组的关键设备。它的主要特点是风或水流的方向垂直于叶轮的主轴和叶片，叶轮的旋转不受来流方向的影响，叶片结构简单，易于实现变角度控制，所以近年来在风能和潮流能发电技术领域重新受到人们的关注。叶片是叶轮流体机械中最重要的部件，叶片的流体动力特性取决于剖面翼型的流体动力特性。因此，通过对竖轴叶轮性能模拟

2、及翼型优化来实现提高叶轮流体动力机械性能是一项重要的课题。本文基于CFD方法与遗传算法优化模型，开展竖轴叶轮翼型设计方法及整机性能的计算研究，为竖轴叶轮的设计奠定基础。在竖轴叶轮翼型设计方法研究方面，首先对翼型定常绕流和竖轴叶轮整机非定常绕流进行数值模拟，得到叶轮能量利用率随翼型几何参数变化的规律。其次，依据上述规律，利用遗传算法优化模型对翼型进行优化设计。结果表明，与原始翼型相比，优化翼型使竖轴叶轮能量利用率在设计速比范围内有很大提高。在竖轴叶轮壁面干扰研究方面，进行了竖轴叶轮实验模型整机绕流和壁面

3、干扰数值模拟，对在自由流中模型的绕流和在水槽中模型的绕流做了对比分析，并对该模型水槽实验的壁面干扰进行了评估和修正。关键词：竖轴叶轮；遗传算法：能量利用率；翼型优化；壁面干扰哈尔滨：[程大学硕士学位论文AbstractVertical．axisturbineisthecommonandkeyequipmentinwindturbinegeneratorsystemor(marine)tidalstreamsturbinegeneratorsystem，withthecharacteristicsoft

4、hemainaxisperpendiculartotheflowdirection,thebladeparalleltothemainaxis．Thestructureofbladeissimple，whichiseasytoimplementangle—changedcontr01．Therefore，theelectricgenerationtechnologyofwindenergyandtideenergyishighlyconcernedinrecentyears．Bladeisthemos

5、timportantpartoftherotoronfluidturbineandthehydrodynamicperformanceofthebladeisgreatlydependedontheairfoil．Therefore，itisanimportantworktoimprovethecapacityusageratioofpower(Cp)offluidturbinebynumericalsimulationofvertical—axisturbineandstudyingoptimuma

6、irfoil．Inthisthesis，itstudiesonthedesignmethodoftheairfoilandthecapacityofvertical—axisturbinebycalculationbasedonCFDmethodandGeneticAlgoiithrn(GA)model．Itisthebasefortheoptimaldesignofthevertical。axisturbine．Forstudyingthedesignmethodoftheairfoilofvert

7、ical—axisturbine，tobegin谢m，numericalsimulationoftypicalsteadyflowoveranairfoilandunsteadyflowoveraturbinearestudied．TheachievedresultsdenotethelawoftheCpbythefigureofanairfoilchanging．Furthermore，byintegratingGAmodelwiththelawoftheCpchangingabove，theopt

8、imumairfoilWaspresented．Tocomparewiththeoriginalairfoil，theoptimumairfoilenhancestheCpofvertical。axisturbineateachobjectivespeedratio．Forstudyingthewallinterferenceeffectofvertical—axisturbine，numericalsimulationofunsteadyflowove