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摘要
为改进直叶片垂直轴潮流能水轮机能量输出稳定性差的缺点,一种螺旋"三角型"叶轮被引入用以替代传统直叶片H型叶轮。首先分别以半叶高螺旋周向包角为15°、30°、45°及60°作为设计特征设计获得四种螺旋"三角型"叶轮,然后以计算流体动力学理论为基础研究了半叶高螺旋包角对螺旋"三角型"叶轮水力性能的影响规律。通过研究发现,叶轮改型之后的能量捕获系数有了不同程度的提升,其中改型叶轮在大尖速比工况下的能量捕获系数提升最明显,同时,螺旋包角越大,叶轮功率输出越稳定。经过综合对比,具有15°螺旋包角的叶轮性能最佳,其能量捕获系数的时均值最大提升率为13.4%,且能量输出稳定性也获得改善。此外,通过叶轮改型前后的内流场对比发现,螺旋叶轮不仅有效地减小了叶片尾涡的尺寸和范围,也减小了叶片上水压力脉动的幅值,有利于机组运行稳定性的提高,因此,螺旋"三角型"叶轮可作为一种替代传统H型直叶片叶轮的改进结构在潮流能开发过程中推广。
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