水平軸潮流能水輪機仿生鯊魚鰭葉片的設計及水動力性能研究.pdf

1、近年來，潮流能的開發(fā)越來越受人類重視，水輪機作為獲取潮流能的常用裝置，它能將潮流能轉化為葉片旋轉的機械能進而通過發(fā)電裝置產生電能。葉片作為水輪機獲能的關鍵部件，其性能直接決定水輪機的獲能效率，翼型又是構成葉片的基本元素，因此翼型的選取在獲能研究中十分重要。本文從仿生學出發(fā)，在水輪機葉片仿形技術的基礎上，擬將鯊魚鰭翼型的優(yōu)異水動力性能應用到仿生翼型葉片和組合翼型葉片的設計上，以期改進水輪機的性能。
　　論文以鯊魚鰭為翼型獲取對象，利

2、用逆向工程技術將三維掃描點云進行處理，得到鯊魚胸鰭和尾鰭的構型曲面，然后應用SolidWorks三維建模軟件按一定比例截取魚鰭不同位置的翼型。再經過Profili軟件選擇高升阻比或高扭矩系數(shù)的翼型，得到最優(yōu)仿生翼型和組合葉片翼型。然后結合葉素動量理論、Wilson葉片設計理論以及基于Matlab的葉片參數(shù)優(yōu)化和坐標變換等過程，生成仿生葉片和組合翼型葉片，進而建立起仿生鯊魚鰭水輪機模型。
　　數(shù)值模擬是從仿真的角度分析水輪機的性能。

3、論文采用CFD方法，其過程包括網格劃分、求解計算、后處理等。其中網格劃分采用Gambit軟件，并按要求進行流體域、旋轉域的設置;求解計算和后處理部分采用專業(yè)流體分析軟件Fluent進行處理。然后在變槳距情況下下對仿生葉片、組合翼型葉片和常規(guī)翼型葉片進行水動力性能的對比分析并得到如下結論:在額定轉速、額定流速下，仿生葉片和組合葉片分別在槳距角為70°和60°時，葉輪對轉軸的扭矩達到最大值，且均大于常規(guī)翼型葉片，比較前兩者又可確定仿生葉片性

4、能最佳。同時還分析了不同葉片的壓力場和速度場云圖，并得到了相應結論。
　　在數(shù)值模擬的基礎上，論文設計了無線遙控舵機控制的變槳系統(tǒng)，設計包括:變槳距力矩及傳動方式的研究、系統(tǒng)原理圖設計、三維造型等過程。然后進行了仿生葉片和組合葉片模型的加工、變槳系統(tǒng)的制造與裝配以及實驗設備、實驗方案的制定等，最終將通過下水實驗的方式對幾種葉片構成的水輪機進行水動力性能的測試，并達到預期的實驗效果:實驗結果與數(shù)值模擬結果相差不大，趨勢變化一致，并能