基于NURBS和遗传算法的潮流能水轮机翼型优化

潮流能发电水轮机翼型性能参数优劣是决定水轮机效率高低的重要因素之一,如何构造叶片翼型线是水轮机叶片设计过程中的关键问题。基于NURBS曲线构造水轮机叶片翼型参数化表征方法所构造的叶片翼型与原始翼型相比吻合度好,拟合精度较高。利用流体计算方法与XFOIL软件计算获得翼型性能参数样本,通过多目标遗传算法对NACA4415翼型升阻比展开多工况优化设计。结果表明,经过优化后的翼型升阻比性能与原始翼型相比较在所设计攻角工况下均得到提升,升阻比提升幅度随着攻角增大而增大。根据优化翼型建立的叶片功率系数相比原始叶片也得到提高,在桨距角为6°时功率系数最高提高了约7%,验证了该优化方法的正确性与合理性。     

轴流式水轮机叶片建模与优化

在枯水期,由于转轮叶片效率低,一些地区轴流式转轮不能发电。为了解决这一问题,改善转轮叶片非圆曲线的设计尤为重要。当前,CAD软件不能够对非圆曲线进行延伸,在分析其原因的基础上引入了趋势外推法。研究了各段翼型截面的分布规律,建立了多项式曲线延伸数学模型,利用MATLAB软件的编程找到叶片已知点的内外侧延伸点以及运用MATLAB软件的曲线拟合功能来改善叶片的形状,以使叶片表面趋于光滑,从而减小功率损耗和提高运行效率。为了完善非圆曲线智能延伸功能,基于C++编程,对NX软件进行二次开发,进一步优化了轴流式转轮叶片。     

气膜冷却叶片热应力和振动特性的计算分析

采用计算流体力学软件Numeca计算了气膜冷却叶片表面的温度场,通过插值计算,将Nu-meca中的叶片表面温度结果导入到有限元分析软件Ansys中作为边界条件,计算分析了整个叶片的温度场和热应力.计算了叶片在不同温度场下的叶片固有频率,并采用等效材料参数的方法计算了叶片具有气膜冷却孔时的固有频率.温度场对叶片的固有频率影响较大,气膜冷却孔使得叶片固有频率下降.     

涡流发生器对垂直轴风力机翼型气动性能的影响

为推迟翼型的边界层分离,改善叶片的气动性能,提出一种在H型垂直轴风力机对称翼型NACA0012叶片表面上加装涡流发生器的设计方案。利用FLUENT软件对翼型进行三维流体力学仿真,采用正交试验设计法,研究涡流发生器的高度、安装角度和安装位置这3个设计参数对翼型气动性能的影响。研究结果表明:最佳的涡流发生器高度为6.5 mm、安装角度为18°、安装位置为0.1c(c为叶片弦长),过大或者过小的涡流发生器高度和安装角会降低翼型的升力系数和升阻比;安装位置靠近翼型前缘可增大翼型的临界攻角,但会给翼型带来较大阻力;加装涡流发生器后,对称翼型叶片失速区范围减小40.3%。     

小型水平轴风机叶片实体建模研究

研究了小型水平轴风力机叶片的实体建模.首先,通过对比NACA4412和FX63-100两种翼型的气动性,选用更优的FX63-100翼型对风力机叶片进行外形建模设计,然后基于坐标变换原理,运用Excel软件得出翼型的数据,通过solidworks进行叶片的三维实体建模.沿叶片半径方向对翼型弦长和扭角进行三次多项式拟合修正,优化了风力机叶片外观且改善了其加工工艺,提高了生产效率并节约了成本.     

风力机叶片三维模型的计算机绘图法

根据风力发电机组叶片的结构特点,在三次样条插值函数拟合叶片翼型曲线的基础上,提出一种利用计算机建立叶片截面与三维模型的程序设计方法.该方法应用插值拟合理论求解叶片截面翼型曲线离散点的坐标,应用点的坐标变换理论求解各离散点空间实际位置的坐标,应用三维几何建模理论建立叶片模型.最后给出一个仿真实例.     

超低比转速高速离心泵复合叶轮短叶片的几何造型方法

离心泵叶片三维造型常用的平面翼型修型法计算工作量大,操作复杂.为此针对超低比转速高速离心泵复合叶轮短叶片的三维造型,提出一种基于Pro/E软件采用空间圆柱坐标系进行叶片三维实体造型,综合考虑短叶片进口位置、周向偏置度、偏转角等影响短叶片翼型设计的主要因素,在长叶片翼型基础上,进行适当修型,从而得到短叶片翼型.该方法操作简单,造型准确,便于叶片修型;生成的短叶片平顺光滑,可更准确地实现设计意图,为提高离心泵复合叶轮内部流动CFD数值模拟精度及其性能预测奠定可靠的基础.     

用ANSYS实现二维翼型风洞试验数值模拟.

基于有限元的ANsYs软件,可以分析二维翼型流场,解决作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力,并可以得到流场中翼型表面的压力与速度分布.与此同时,通过对ANSYs的二次开发,编制相关的三分力系数求解模块,得到各系数曲线.现以标模翼型为例,利用此模块得到的三分力系数与NF-3风洞试验值作对比,验证了用ANSYS实现二维翼型风洞数值模拟的可行性.     

基于ANSYS的干气密封焊接金属波纹管振动模态分析

利用ANSYS软件对焊接金属波纹管建模,划分网格,进行模态分析,求出其固有频率和振型,为波纹管的动态响应分析提供依据;同时利用理论公式计算出波纹管的固有频率,与利用模态分析计算出的固有频率进行比较,验证模态分析结果的可靠性.     

多兆瓦级风力机叶片的优化设计与动力学特性分析

考虑实际气流流动过程中周向速度的变化情况,即采用Schmitz理论来设计2 MW风力机叶片的气动外形.将计算得到的叶片翼型参数进行坐标变换,获得各个截面上叶素的三维坐标,利用三维建模软件建立叶片的三维实体模型,并将其导入至有限元分析软件中,进行模态特性和气动弹性分析.讨论了不同铺层厚度和铺层角度对叶片模态特性和气动弹性的影响规律.仿真结果显示:在铺层厚度为0.6mm和铺层角为60°时,叶片具有较好的模态特性;叶片所受的气动集中载荷随着叶片弦长几乎成线性增长,且在弦长最大时集中载荷最大;当铺层角等于44°时,叶片在气动载荷作用下的最大集中应力最小,具有最佳的气动弹性特性.