水平軸潮流能水輪機仿生鯊魚鰭葉片的設(shè)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(zhuǎn)化為葉片旋轉(zhuǎn)的機械能進而通過發(fā)電裝置產(chǎn)生電能。葉片作為水輪機獲能的關(guān)鍵部件，其性能直接決定水輪機的獲能效率，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。本文從仿生學出發(fā)，在水輪機葉片仿形技術(shù)的基礎(chǔ)上，擬將鯊魚鰭翼型的優(yōu)異水動力性能應(yīng)用到仿生翼型葉片和組合翼型葉片的設(shè)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(shù)將三維掃描點云進行處理，得到鯊魚胸鰭和尾鰭的構(gòu)型曲面，然后應(yīng)用SolidWorks三維建模軟件按一定比例截取魚鰭不同位置的翼型。再經(jīng)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(jié)合葉素動量理論、Wilson葉片設(shè)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(wǎng)格劃分、求解計算、后處理等。其中網(wǎng)格劃分采用Gambit軟件，并按要求進行流體域、旋轉(zhuǎn)域的設(shè)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(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，葉輪對轉(zhuǎn)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(yīng)結(jié)論。
　　在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，論文設(shè)計了無線遙控舵機控制的變槳系統(tǒng)，設(shè)計包括:變槳距力矩及傳動方式的研究、系統(tǒng)原理圖設(shè)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(shè)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(gòu)成的水輪機進行水動力性能的測試，并達到預(yù)期的實驗效果:實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相差不大，趨勢變化一致，并能