[发明专利]一种双叶轮水平轴风力机设计优化方法

权利要求书

1.一种双叶轮水平轴风力机设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，建立DRWT设计优化模型；

S2，对DRWT设计优化模型进行求解；

S3，通过AL和CFD耦合的数值模拟方法对DRWT设计优化模型求解过程中DRWT的气动性能进行预测，其中，所述预测过程包括如下步骤：

S31，给定DRWT初始流场和DRWT叶片初始位置，根据初始流场和翼型数据求得叶片体积力，并将所述叶片体积力代入N-S方程；

S32，求解给定体积力的N-S方程，得到时刻n收敛的速度场；

S33，根据步骤S32得到的收敛速度场确定相对速度和两级叶轮的功角；

S34，根据步骤S33得到的两级叶轮的功角确定两级叶轮不同径向位置翼型的升阻力系数；

S35，根据步骤S33求得的相对速度和步骤S34求得的升阻力系数求得两级叶轮叶片所受的升力和阻力，根据求得的升力和阻力计算DRWT输出功率以及塔架根部所受的弯矩载荷、扭矩载荷，并对所述DRWT输出功率和所述弯矩载荷、所述扭矩载荷进行监测；

S36，旋转叶轮到新的位置，确定叶轮新位置的体积力，并将该体积力代入N-S方程，将时刻n的求解更新到n+1时刻，循环步骤S32至步骤S36；

S37，使求解时间足够长，直至步骤S35监测的载荷呈稳定周期性变化认为计算收敛。

2.根据权利要求1所述的一种双叶轮水平轴风力机设计优化方法，其特征在于，步骤S1中DRWT设计优化模型的建立，包括如下步骤：

S11，以一气动性能优良的成熟SRWT叶轮作为参照叶轮和主叶轮，保持主叶轮尺寸不变，根据设计需要将主叶轮按比例变换得到另一级叶轮，主叶轮与另一级叶轮的旋转方向相反；

S12，以第一级叶轮的半径R₁、旋转角速度ω₁、桨距角θ₁和第二级叶轮的半径 R₂、旋转角速度ω₂、桨距角θ₂以及两级叶轮中心间距D为设计变量，以塔架根部所受弯矩和塔架根部所受扭矩为约束条件，以一定风速范围内平均输出功率最大为优化目标，建立DRWT设计优化模型。

3.根据权利要求2所述的一种双叶轮水平轴风力机设计优化方法，其特征在于：若R₁=R₂，则第一级叶轮为主叶轮，第二级叶轮与主叶轮的外形相同且尺寸一一对应；若R₁R₂，则第一级叶轮为主叶轮，第二级叶轮由主叶轮按比例缩小得到；若R₁R₂，则第二级叶轮为主叶轮，第一级叶轮由主叶轮按比例缩小得到。

4.根据权利要求3所述的一种双叶轮水平轴风力机设计优化方法，其特征在于，步骤S2中求解过程包括如下步骤：

S21，初始化DRWT设计优化模型，其中，R₁=R₂、θ₁=θ₂、ω₁=ω₂、D=1/3R₁；

S22，配合遗传算法或其他优化算法对步骤S21的初始化模型进行求解，并在约束条件范围内改变DRWT的设计变量；

S23，计算步骤S22中改变设计变量后的DRWT两级叶轮所受载荷和DRWT输出功率，并判断是否满足约束条件；若满足，则继续优化；否则，返回到步骤S22；

S24，若步骤S23中的计算参数满足约束条件，则判断优化算法是否收敛，如收敛，则输出优化后DRWT的设计变量参数；否则，返回到步骤S22，循环往复。