[发明专利]一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法

摘要

本发明涉及一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于包括确定翼型气动优化设计内容和通过Isight平台集成及控制试验设计模块、近似模型模块和优化设计模块，从而实现整个优化设计过程的自动化运行，其中，所述试验设计模块为近似模型模块提供样本数据和响应值的集合，同时以试验设计模块和近似模型模块两者的协同作用来降低优化设计模块的计算量。本发明解决了传统优化算法存在的计算量大且难于寻求到全局最优解的问题，同时以整个风轮的风能利用率最大为优化目标，解决了难于对不断变化且变化幅度较大的叶片瞬时攻角进行优化的问题。

主权项

一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于包括确定翼型气动优化设计内容和通过Isight平台集成及控制试验设计模块、近似模型模块和优化设计模块，从而实现整个优化设计过程的自动化运行，其中，所述试验设计模块为近似模型模块提供样本数据和响应值的集合，同时以试验设计模块和近似模型模块两者的协同作用来降低优化设计模块的计算量，具体实施步骤如下：步骤1，确定翼型气动优化设计内容：以任意形状的翼型为基准翼型，以控制翼型几何形状变动的参数为设计变量，以翼型几何参数的变化范围为约束条件，以整个风轮的风能利用系数最大为目标函数；步骤2，构建试验设计模块：选择对应的试验设计方法进行试验设计，自动生成若干组满足设计变量约束条件的试验样本后，再通过流体力学的精确计算和对计算结果的数据处理得到响应值的集合；该试验设计模块包括翼型参数化模块、网格划分模块、气动计算模块和数据处理模块；该试验设计模块通过选择对应的翼型参数化方法编写翼型参数化程序，实现翼型几何形状的变动和新翼型的输出，然后对新翼型设计下的垂直轴风力机进行网格划分和气动计算，最后对得到的气动参数进行数据处理；步骤3，构建近似模型模块：选择对应的近似方法对试验设计模块得到的样本数据和响应值的集合构建近似模型，得到输入变量与输出响应之间的映射关系；然后选取若干个随机样本对近似模型进行评估，若近似模型的近似效果较好，则用该近似模型代替高精度分析模型；若近似模型的近似效果较差，则通过在试验设计中加入更多的样本点或修改近似模型的参数来重新构建近似模型，直至近似效果达到精度要求；步骤4，构建优化设计模块：选择对应的优化算法对得到的近似模型进行优化，若结果能够满足设计要求，则得到优化翼型；若结果不能够满足设计要求，则从步骤2开始重新修改方法和参数，并重复上述过程，直至达到设计要求。