垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化

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1、第43卷增刊1哈尔滨工业大学学报Vol.43Sup．12011年3月JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYMar．，2011垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化张亮，罗庆杰，韩荣贵(哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001，luo－qingjie@126．com)摘要:为提高垂直轴潮流能水轮机的能量利用率，建立了叶片偏角变化规律的数学优化模型．该模型是将一个运动周期内的叶片偏角相对位置角的函数关系表示成Hicks－Henne函数族的线性和，并将此函数关系带入叶轮的水动力计算中．然后以函数族的

2、系数为设计参数，以水轮机能量利用率为目标函数，采用旋转方向法进行优化计算，以此得到最合理的叶片偏角变化规律．计算叶轮的流体动力性能时采用双盘面多流管法．最后，采用本文方法对摆线式水轮机进行了优化．算例结果显示，采用优化偏角的水轮机与原摆线式水轮机相比，能量利用率有较大提高，并且启动性能更好．关键词:垂直轴水轮机;叶片偏角优化;流管法;潮流能文章编号:0367－6234(2011)增刊1－0281－05Optimizationofbladedeflectionangleofvertical-axistidalcurrenttu

3、rbineZHANGLiang，LUOQing-jie，HANRong-gui(SchoolofShipbuildingEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China，luo－qingjie@126．com)Abstract:Toenhancethepowercoefficientofvertical-axistidalcurrentturbine，amathematicoptimizationmodelfortheblades’deflectionang

4、lewaspresented．Inthismodel，thefunctionofbladedeflectionanglever-susazimuthinoneperiodofmotionwasexpressedasalinearsumofaseriesofHicks-Hennefunctions．Andtakethefunctionalrelationintocomputationalprocessofhydrodynamicperformanceofrotor．Tooptimizedeflec-tionangle，thec

5、oefficientsofthoseHicks-Hennefunctionsweretakenasdesignvariables，andthepowercoeffi-cientasobjectivefunction．Revolvingorientationmethodwasappliedasapproachtoachievetheoptimization．Double-multiplestreamtubemethodwasadoptedtocalculatethehydrodynamicperformanceofturbin

6、e．Atlast，thecycloidalturbinewasoptimizedforverification．Exampleresultsindicatethatthepowercoefficientofopti-mizedturbineisevidentlyhigherthanthatofcycloidalturbine，andtheoptimizedturbineiseasiertostart．Keywords:vertical-axisturbine;bladedeflectionoptimization;strea

7、mtubemethod;tidalcurrentenergy［1］［2］潮流能属于一种可开发利用的海洋可再生能线式和余弦变角叶轮、被动控制叶片的弹簧［3］［4］［5］源，源于太阳和月球的吸潮力．它与煤炭、石油和控制式、力拒控制式和质量平衡式叶轮，核能等常规能源相比，具有无污染和可再生性．由这些叶轮的可变偏角规律不同，其流体动力性能于竖轴直叶片潮流水轮机(以下简称竖轴叶轮或也不同．因此，寻求最优的偏角规律成为竖轴叶轮叶轮)具有在任意来流方向下都能正常工作的优性能设计和叶片控制的关键问题，近年来已经取点，成为一类典型的潮流能或风

8、能转化机型．作为得了一些研究进展．发电系统的核心设备，如何预报或提高竖轴叶轮汪鲁兵在文献［6］中将叶片偏角在轨迹圆上的流体动力性能一直是人们研究的热点．研究表离散作为设计变量，以一定速比范围内能量利用明，叶片偏角可调是实现控制和改善竖轴叶轮运率的加权平均值为目标函数，应用共轭梯度法进行和功