水平軸潮流能水輪機(jī)仿生鯊魚(yú)鰭葉片的設(shè)計(jì)及水動(dòng)力性能研究.pdf

1、近年來(lái)，潮流能的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受人類(lèi)重視，水輪機(jī)作為獲取潮流能的常用裝置，它能將潮流能轉(zhuǎn)化為葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能進(jìn)而通過(guò)發(fā)電裝置產(chǎn)生電能。葉片作為水輪機(jī)獲能的關(guān)鍵部件，其性能直接決定水輪機(jī)的獲能效率，翼型又是構(gòu)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(xué)出發(fā)，在水輪機(jī)葉片仿形技術(shù)的基礎(chǔ)上，擬將鯊魚(yú)鰭翼型的優(yōu)異水動(dòng)力性能應(yīng)用到仿生翼型葉片和組合翼型葉片的設(shè)計(jì)上，以期改進(jìn)水輪機(jī)的性能。
　　論文以鯊魚(yú)鰭為翼型獲取對(duì)象，利

2、用逆向工程技術(shù)將三維掃描點(diǎn)云進(jìn)行處理，得到鯊魚(yú)胸鰭和尾鰭的構(gòu)型曲面，然后應(yīng)用SolidWorks三維建模軟件按一定比例截取魚(yú)鰭不同位置的翼型。再經(jīng)過(guò)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(jié)合葉素動(dòng)量理論、Wilson葉片設(shè)計(jì)理論以及基于Matlab的葉片參數(shù)優(yōu)化和坐標(biāo)變換等過(guò)程，生成仿生葉片和組合翼型葉片，進(jìn)而建立起仿生鯊魚(yú)鰭水輪機(jī)模型。
　　數(shù)值模擬是從仿真的角度分析水輪機(jī)的性能。

3、論文采用CFD方法，其過(guò)程包括網(wǎng)格劃分、求解計(jì)算、后處理等。其中網(wǎng)格劃分采用Gambit軟件，并按要求進(jìn)行流體域、旋轉(zhuǎn)域的設(shè)置;求解計(jì)算和后處理部分采用專(zhuān)業(yè)流體分析軟件Fluent進(jìn)行處理。然后在變槳距情況下下對(duì)仿生葉片、組合翼型葉片和常規(guī)翼型葉片進(jìn)行水動(dòng)力性能的對(duì)比分析并得到如下結(jié)論:在額定轉(zhuǎn)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(shí)，葉輪對(duì)轉(zhuǎn)軸的扭矩達(dá)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(shí)還分析了不同葉片的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)云圖，并得到了相應(yīng)結(jié)論。
　　在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，論文設(shè)計(jì)了無(wú)線(xiàn)遙控舵機(jī)控制的變槳系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包括:變槳距力矩及傳動(dòng)方式的研究、系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、三維造型等過(guò)程。然后進(jìn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方案的制定等，最終將通過(guò)下水實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)幾種葉片構(gòu)成的水輪機(jī)進(jìn)行水動(dòng)力性能的測(cè)試，并達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果:實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相差不大，趨勢(shì)變化一致，并能