基于模拟退火算法的垂直轴风机翼型优化设计

赖 怡， 汪志成， 毛捷先

(东华理工大学机械与电子工程学院， 南昌 330013)

垂直轴风力机具备万向受风、安装维护成本低、噪音低、环境友好等优点获得了各国科研人员的青睐。虽然垂直轴风力机具有诸多优点，但其相对较低的风能利用率使其并没有被广泛应用，其中风机气动性能和翼型形状是影响风机风能转换效率的主要原因。翼型形状设计及优化主要分为翼型形状的参数化模型的构建、翼型气动特性分析、优化算法优化等流程。合理的翼型形状参数化模型的建立，既可以生成数量可观的形状各异的翼型，也可以缩短优化过程消耗的时间，提升优化设计效率[1]，Ribeiro等[2]在进行相关翼型形状设计与优化过程中提出了CFD方法与非支配排序遗传算法相结合的方法。Zhu等[3]在大型风机翼型形状设计中使用气动分析软件XFOIL进行设计，其研究发现风能利用效率受叶片自身粗糙度的影响较小，优化后的新翼型在攻角范围较大时的风能利用效率提高了很多。Fereira等[4]结合遗传算法和气动分析软件XFOIL优化了一种垂直轴风机的二维翼型形状，其结果表明翼型的结构性能与翼型厚度有着正相关的关系。

针对优化垂直轴风力机翼型以提高其功率系数的问题，提出1种以模拟退火算法(simulated annealing algorithm, SA)作为优化核心并结合气动性能计算工具XFOIL以及翼型数学模型构建出翼型智能优化算法，此算法在寻找最优解的过程中具有较好的收敛性，在相应约束条件下，对以NACA0018翼型为实际算例进行优化设计，优化后的翼型气动性能得到了有效提升。……