水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析

张之阳，王晓航，刘葳兴，纪仁玮，郭广廓

(1.江苏海洋大学 机械与海洋工程学院，江苏 连云港 222005；2.哈尔滨 大电机研究所，黑龙江 哈尔滨 150001；3.哈尔滨工程大学 海洋可再生能源研究所，黑龙江 哈尔滨 150001；4.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510000)

0 引 言

随着能源问题日益严峻，作为一种清洁海洋可再生能源，潮流能具有储量丰富、分布集中且可预测性强等优点。如何高效开发和利用潮流能已受到国内外学者的关注[1]。水平轴叶轮是一种常见的潮流能发电装置，具有效率较高，功率波动较小，自启动性能良好等特点[2]。目前，已经在海上部署了一些商用前的水平轴潮流能叶轮原型，典型代表有：英国MCT公司的SeaFlow系列，英国TGL公司的Alstom，挪威Hammerfest公司的HS系列，新加坡Altantis公司的AR，AK系列[3]。哈尔滨工程大学设计的水平轴叶轮10 kW的“海明 I号”，2×100 kW 的“海能 II号”[4]。

叶片是水平轴潮流能装置一级能量转换的核心部件，叶片型线设计对能量转换效率和运行稳定性至关重要，直接影响发电效率。叶片的性能主要取决选取的翼型形状以及沿展长方向的形状变化。前者根据翼型气动力性能选择，后者主要由沿展长方向各叶素截面的弦长和桨距角确定[5-6]。水平轴叶轮的叶片设计方法主要有：基于圆盘理论的简化风车模型，基于涡流理论的Schmitz模型、Glauert模型和Wilson模型。其中Glauert模型考虑了轴向、切向诱导因子，设计结果具有较高的精度[7]。

本文基于哈尔滨工程大学承担的国家公益性项目要求，完成水平轴潮流能叶轮的设计，研究并发展一套水平轴潮流能叶轮水动力性能有效的预报方法，为今后水平轴潮流能叶轮的性能设计建立可靠的理论分析方法，积累准确的实验数据。……