[发明专利]一种潮流能水轮机叶片翼型设计方法

摘要

本发明公开了一种潮流能水轮机叶片翼型设计方法，综合考虑包括升力系数、阻力系数、升阻比和空化现象等在内的水轮机叶片设计的各种要求，所选用的目标函数能够根据不同的设计要求对水轮机翼型进行综合评估。选取首缘切线、尾缘切线和翼型上下曲线上控制点的横坐标和纵坐标作为设计变量。采用了三次样条曲线，具有较高的拟合精度。采用了FLUENT或者CFX计算流体力学软件或者XFOIL翼型估算软件等对水翼翼型的水动力性能和压力分布等进行计算，充分保证了计算的准确性。水翼翼型设计方法基于遗传优化算法，能够获得全局最优解。本发明不但能够提高潮流能水轮机叶片翼型的水动力学性能，还能降低表面的最大压力系数，从而达到避免空化现象的目的。

主权项

一种潮流能水轮机叶片翼型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：根据设计要求确定设计变量和目标函数，建立水翼翼型优化模型；其中，目标函数:f(x)＝f(C_L,C_L/C_D,C_D,C_pmax)设计变量:x＝(x₀₀,x₁₁,y₁₁,x₁₂,y₁₂,...,x_1m,y_1m,x₂₁,x₂₁,x₂₂,y₂₂,...,x_2n,y_2n,x₀₁)约束条件：$x_{00}^L\≤x_{00}\≤x_{00}^U$$x_{01}^L\≤x_{01}\≤x_{01}^U$$x_{1i}^L\≤x_{1i}\≤x_{1i}^U,i=1...m$$x_{2j}^L\≤x_{2j}\≤x_{2j}^U,j=1...n$$y_{1i}^L\≤y_{1i}\≤y_{1i}^U,i=1...m$$y_{2j}^L\≤y_{2j}\≤y_{2j}^U,j=1...n$其中，C_L、C_L/C_D、C_D和C_pmax分别为任意攻角情况下的升力系数、升阻比、阻力系数和最大压力系数，均为设计变量x的函数；和分别为前缘、尾缘、翼型上表面控制点横坐标、翼型上表面控制点纵坐标、翼型下表面控制点横坐标和翼型下表面控制点纵坐标的下界，和分别为前缘、尾缘、翼型上表面控制点横坐标、翼型上表面控制点纵坐标、翼型下表面控制点横坐标和翼型下表面控制点纵坐标的上界；m和n分别为水翼上下翼型曲线控制点的数量；x₀₀和x₀₁分别为水翼翼型前后缘切线，(x_1m,y_1m)和(x_2n,y_2n)分别为水翼上下翼型曲线上的控制点坐标，x_2n和x_1m为水翼上下翼型曲线控制点的横坐标，而y_1m和y_2n为水翼上下翼型曲线控制点的纵坐标；步骤二：确定水动力性能和压力系数的计算方法和遗传算法的适应度函数；步骤三：生成初始种群，并拟合水翼翼型曲线；步骤四：生成水翼翼型流体区域网格模型，计算并输出水动力性能，并输出升力、阻力和压力等信息；步骤五：根据水动力系数和压力系数计算目标函数，依据适应度函数进行评估，判断是否收敛，收敛则结束优化，否则生成新种群，返回步骤三。