[發明專利]一種含葉尖小翼葉片的潮流能水輪機分析方法

在審

• 申請號: 202011252836.2
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112380648A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 任毅如;金其多;劉秉文
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/28;F03B3/12
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 桂艷球

1.一種含葉尖小翼葉片的潮流能水輪機分析方法，所述潮汐能水輪機包括主軸及安裝于所述主軸的多個葉片，所述葉片包括弧形葉片本體及設置于所述弧形葉片本體葉尖位置的的小翼，其特征在于，所述分析方法包括如下步驟：

S1：根據所述葉片的幾何數據，建立單個所述葉片的結構模型；

S2：根據所述葉片的結構模型，建立流場CFD計算模型；

S3：進行不確定性分析驗證，采用稀疏網格、中等網格和精細網格三種不同密度的網格進行網格收斂指數分析，并通過計算上述三種網格的功率因數，實現離散誤差分析；

S4：進行水動力特性分析，比較所述含葉尖小翼葉片潮流能水輪機與傳統水輪機的功率系數、推力系數，分析所述小翼對潮流能水輪機性能的影響；

S5：選定設計變量，建立所述設計變量與水動力特性數據庫，其中，所述設計變量包括所述小翼的彎曲方向、小翼長度、上弦桿長度和傾斜角。

2.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述弧形葉片本體與所述主軸固定連接，所述小翼包括吸力面小翼，所述吸力面小翼設置于所述弧形葉片本體的葉尖位置，所述吸力面小翼與所述弧形葉片本體一體成型并光滑過渡，所述吸力面小翼朝向所述弧形葉片本體的吸力面彎曲，并與所述弧形葉片本體的后緣相切，且所述吸力面小翼的中心線與所述弧形葉片本體葉尖的中心相切。

3.根據權利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述吸力面小翼的橫截面積從根部開始沿延展長方向由大變小，所述吸力面小翼的厚度從根部開始沿展長方向由大變小，所述吸力面小翼的長度為所述弧形葉片本體的直徑的1/30-1/15，所述吸力面小翼頂端截面弦長為吸力面小翼長度的1/5-1/10，所述吸力面小翼的傾斜角為50°-90°。

4.根據權利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述小翼還包括壓力面小翼，所述壓力面小翼設置于所述弧形葉片本體的葉尖位置，所述壓力面小翼與所述弧形葉片本體一體成型并光滑過渡，所述壓力面小翼朝向所述弧形葉片本體的壓力面彎曲，并與所述弧形葉片本體的后緣相切，且所述壓力面小翼的中心線與所述弧形葉片本體葉尖的中心相切。

5.根據權利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述壓力面小翼的橫截面積從根部開始沿延展長方向由大變小，所述壓力面小翼的厚度從根部開始沿展長方向由大變小，所述壓力面小翼的長度為所述弧形葉片本體的直徑的1/30-1/15，所述壓力面小翼頂端截面弦長為壓力面小翼長度的1/5-1/10，所述壓力面小翼的傾斜角為50°-90°。

6.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步驟S1包括如下步驟：

S11：通過翼型數據庫獲得所述葉片任意截面處翼型的二維坐標；

S12：以翼型氣動中心(x_p,y_p)為原點、翼型前后緣連線為x軸求解在新坐標系下的翼型二維坐標(x₁,y₁)，通過平移變換可得到(x₁,y₁)＝(x₀,y₀)-(x_p,y_p)；

S13：根據所述葉片各截面的弦長及扭角數據，分別通過縮放變換及旋轉變換得到所述葉片各葉素離散點的三維空間坐標(x,y,z)，其中縮放變換的過程為：(x₂,y₂)＝c(x₁,y₁)；旋轉變換的過程為：c為所述葉片截面的弦長，α為所述葉片截面的扭角，r為截面的位置；

S14：將得到的葉素離散點的三維空間坐標(x,y,z)導入到建模中建立葉片的各個截面，通過掃掠功能得到所述葉片的三維模型。