基于遗传算法的竖轴变攻角潮流能水轮机性能优化研究

为了提高竖轴变攻角潮流能水轮机能量利用率,建立了该类水轮机在不同工况下的数学优化模型,以直叶片摆线式水轮机为原型应用遗传算法结合计算水轮机水动力的流管模型进行优化求解,给出了优化后叶轮能量利用率系数、叶片攻角和偏角随位置角的变化规律,并据此分析了该类轮机流体动力性能改变的规律及其原因。计算结果表明遗传算法是解决这类问题的有效方法.     

一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究

从水轮机水动力学原理出发,建立了提高竖轴变攻角潮流发电水轮机能量利用率的优化方法和数学模型．该模型以叶片偏角随位置角的变化规律为优化参数,以水轮机工作速比范围内的能量利用率系数为优化目标,采用基于动量定理的多流管模型来求解流体动力．选取竖轴直叶摆线式水轮机为优化原型进行了优化计算,给出了优化后水轮机的能量利用率以及攻角随位置角的变化规律．通过与不同偏心率的摆线式水轮机的能量利用率及攻角随位置角变化规律的对比,分析了优化后水轮机水动力性能改变的规律及原因．结果表明,在优化速比范围内,水轮机叶片不同位置角处的水动力攻角都有所增大,作用于叶片上的力以及叶片受力对水轮机中心的力矩也相应增大,从而提高了水轮机的能量利用率。     

固定偏角垂直轴潮流水轮机叶片安装角研究

叶片安装角是影响固定偏角垂直轴水轮机性能的关键参数之一.为了提高水轮机性能,应用模型试验和数值模拟的方法,研究了安装角对水轮机叶片载荷和叶轮整体性能的影响.通过能量利用率的数值计算结果与试验结果对比,验证了数值模拟结果的可靠性.研究结果表明,叶片安装时首部外偏一定角度,可以提高叶轮的能量利用率,并且可以降低叶片载荷,这...     

潮流能自由变偏角水轮机限位角优化方法

针对潮流能水轮机中的水动力问题,采用基于粘性CFD理论的多体耦合数值模拟方法对影响潮流能自由变偏角水轮机水动力性能的重要参数限位角进行研究.通过对比不同限位角下叶片偏角和水轮机转矩变化规律,阐明了限位角对水轮机运动特性和动力特性的影响规律.以水轮机功率最大化为优化目标,提出了限位角参数优化选取方法,并进行了实例验证.研究表明:当叶片摆动到限位角时,偏角由限位角的大小决定,限位角上限和下限对偏角的控制区域不同,这样可以通过单独调节限位角的上限或者下限分别改善叶片在不同方位角处的水动力特性.     

离心泵叶轮的优化设计模型

论述了以泵的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度、出口角、直径、叶片数、进口直径、进口角、进口宽度为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法．     

串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析

为研究串列水轮机组水动力性能并提出合理的水轮机布置方案,提高潮流能电站的发电效率,针对三叶片竖轴水轮机进行瞬态数值模拟,分析了串列布置水轮机组上游水轮机的水动力性能及尾流场对下游水轮机水动力性能的影响.考虑到竖轴水轮机叶片展向剖面相同的特点,将模型简化为二维模型并利用开源流体力学软件Open FOAM对水轮机进行了数值分析.首先通过模拟单个水轮机的运行,得出了能量利用率随叶尖速比的变化规律,并通过与文献中实验数据的对比验证了Open FOAM数值模型在合理的设置下,采用k-ωSST湍流模型和PIMPLE算法,可以准确计算二维竖轴水轮机的水动力性能.之后模拟了两个串列放置的水轮机,水轮机之间的距离范围取5~50倍水轮机直径,分析得出了竖轴水轮机后方各剖面的尾流特性,以及水轮机间距对下游水轮机水动力性能的影响特性.分析结果表明,两个串列水轮机的间距大于40倍水轮机直径时,上游水轮机尾流场对下游水轮机性能的影响可以忽略.     

离心泵叶轮的优化设计

论述了以泵的能量损失最小为目标函数,以叶轮叶片出口宽度,出口角,直径为设计变量的泵叶轮的优化设计模型及优化计算方法。通过优化,获得了满足一定扬程和流量的最优参数组合。     

垂直轴水轮机耦合数值模拟研究

垂直轴水轮机由于自身结构决定,轮机转动一周过程中转速是不稳定的,为了研究转速波动对垂直轴水轮机性能的影响,采用耦合式方法对其进行数值模拟研究.采用一试验模型作为计算算例,对比叶轮角速度的计算结果和试验测量结果,计算结果和试验结果吻合较好.在此基础上并研究了转动惯量对水轮机转速波动的影响,研究发现:转动惯量较大时,采用非耦合方法与采用耦合方法计算结果相差不大;转动惯量越小,水轮机转速波动越大,越不利于轮机吸收能量.     

双层垂直轴水轮机性能计算的当量密实度法

为解决流管模型在双层垂直轴水轮机性能计算中的数值发散问题,提出了一种流管模型的修正方法——当量密实度法。当量密实度法将双层垂直轴叶轮的计算与单层垂直轴叶轮的计算进行类比,将双层叶轮变换成为单层叶轮,减少了流管模型的计算盘面数,从而避免了数值发散问题。先利用某型单层垂直轴水轮机的实验数据和CFD(computational fluid dynamics)计算数据,对流管模型数值程序的有效性进行了验证,同时分析了流管模型在计算双层叶轮性能中存在的困难。给出了当量密实度法的理论,并利用CFD计算结果对新方法的数值程序进行了验证,对结果进行了分析。分析结果表明,当量密实度法的计算结果与CFD计算结果基本吻合,当量密实度法可以应用于双层垂直轴水轮机的性能估算。     

摆线式水轮机在二元对称导流管中工作时的水动力计算方法

提供了一个计算摆线式水轮机在二元对称导流管中工作时水动力性能的计算方法,该方法认为导流管只对水轮机的诱导周速比有影响,并应用动量定理推导出了导流管存在时诱导周速比的计算公式,利用这个方法对“1kW直叶片河流发电装置”的水轮机进行了计算,计算结果与实验结果比较表明,产生的误差是工程中可以接受的.     

采用粒子群算法的水平轴潮流能水轮机翼型多目标优化

为了提高水平轴潮流能水轮机叶片翼型空化性能,提出一种基于粒子群算法（PSO）的翼型性能多目标优化方法,主要针对较大攻角下翼型表面压力系数最小值;同时为保证翼型水动力性能,以翼型压力系数最小值及升力系数等建立多目标优化函数.通过程序调用XFoil对优化翼型水动力性能进行过程分析,替代计算流体动力学（CFD）分析,节省优化时间.采用此方法对NACA63-815翼型进行优化并采用CFD方法重点研究2个攻角工况下优化翼型与原翼型在3个空化数（1.0、1.5和2.0）下的空泡分布对比.结果表明,优化翼型在6.8°和10.8°攻角下压力系数最小值分别提升了17.0%和45.8%,最大升阻比提高了6.0%和61.1%.翼型的空化初生及全空化性能均得到明显提升,水动力性能也得到了提升,验证了此优化方法的可行性.     

联合Wilson方法与遗传算法的水平轴风力机叶片优化设计

考虑到风力机叶片设计中的Wilson方法的有效性,以及遗传算法的全局最优性,以Wilson优化方法所得到的扭角线性修正值作为遗传算法优化过程中的输入量,对叶片弦长重新搜索寻优。通过比较Wilson优化方法、遗传算法优化方法和联合优化设计方法,分别得到叶片的气动外形数据和气动性能的计算结果。结果验证了联合优化设计方法的优越性,比单独使用Wilson方法或遗传算法所得到的叶片优化结果更好。     

风力机攻角与锥角优化及其相关性探讨

针对传统叶素动量理论无法用于优化锥角β的问题,提出了β-BEM修正模型.该修正模型可以成功计算带锥角风力机气动特性,并应用BEM及β-BEM模型对NACA0012翼型的1. 5 MW风力机攻角α及锥角β进行独立优化及统一优化.仿真结果表明:对α、β进行独立优化,风能利用系数值理论上比优化前提升9. 3%;对α、β进行统一优化,该值理论上提升9. 4%;α、β具有弱相关性,理论上宜采用统一优化方案,但从工程方便角度考虑,亦可采用独立优化方案.     

Design andtwo-objective simultaneous optimization of torque controller for switched reluctance motor in electric vehicle

In order to reduce the torque ripple,increase the average torque and optimize the drive performance of the switched reluctance motor ( SRM),the nonlinear dynamic model of SRM is established in the MATL...     

威布尔分布风速下基于遗传算法的风力机叶片优化设计

考虑了风速的威布尔(Weibull)分布,以年发电量最大为目标函数,运用遗传算法对某1.5 MW风力发电机叶片的气动性能进行了优化设计:将叶片沿展向分为13段,以每段的功率作为遗传算法的适应度函数.优化所得的气动外形参数体现了比Wilson方法和额定风速下的遗传算法更为合理的结果,弦长和扭角更趋于流线型分布,且扭角整体呈减小的趋势.     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

Savonius式水轮机水动力学性能

为了研究S式水轮机水动力学性能,利用流体动力学软件建立S式水轮机的网格模型,分析流场特性,对S式水轮机在不同叶尖速比与重叠比的水动力学及能量提取性能进行研究.结果表明：S式水轮机在运动过程中存在负力矩情况,这是造成功率系数较低的主要原因.S式水轮机适合在低叶尖速比下工作,且力矩系数随着叶尖速比的增大而减小,存在一个最优叶尖速比使水轮机的功率系数达到最大,重叠比能减少甚至消除负力矩情况,改善水轮机的水动力学性能.在研究参数范围内,重叠比在0.15附近时,S式水轮机综合性能最优,功率系数可以达到最大值0.256.     

极端运行阵风下后掠型风力机叶片的气动特性研究

基于多体系统动力学和升力线气动模型,考虑柔性后掠叶片动态失速和气动弹性耦合问题,建立了风力机气弹耦合模型,研究极端运行阵风及阵风作用时间对某5 MW后掠风力机叶片气动性能的影响。结果表明：极端运行阵风对叶根挥舞力矩、功率、攻角、升力系数和轴向推力等气动特性具有较大影响。研究工作对风力机的结构优化设计和疲劳寿命设计具有重要作用。