一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104573282A(43)申请公布日2015.04.29(21)申请号201510047830.4(22)申请日2015.01.29(71)申请人河海大学地址210098江苏省南京市鼓楼区西康路1号申请人南京河海科技有限公司(72)发明人宋晨光郑源赵振宙吴国庆姜镐张玉全刘惠文高翀恒阚阚孙斌(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人吴树山(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法(57)摘要本发明涉及一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于包括确定翼型气动优化设计内容和通过Isight平台集成及控制试验设计模块、近似模型模块和优化设计模块，从而实现整个优化设计过程的自动化运行，其中，所述试验设计模块为近似模型模块提供样本数据和响应值的集合，同时以试验设计模块和近似模型模块两者的协同作用来降低优化设计模块的计算量。本发明解决了传统优化算法存在的计算量大且难于寻求到全局最优解的问题，同时以整个风轮的风能利用率最大为优化目标，解决了难于对不断变化且变化幅度较大的叶片瞬时攻角进行优化的问题。CN104573282ACN104573282A权利要求书1/2页1.一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于包括确定翼型气动优化设计内容和通过Isight平台集成及控制试验设计模块、近似模型模块和优化设计模块，从而实现整个优化设计过程的自动化运行，其中，所述试验设计模块为近似模型模块提供样本数据和响应值的集合，同时以试验设计模块和近似模型模块两者的协同作用来降低优化设计模块的计算量，具体实施步骤如下：步骤1，确定翼型气动优化设计内容：以任意形状的翼型为基准翼型，以控制翼型几何形状变动的参数为设计变量，以翼型几何参数的变化范围为约束条件，以整个风轮的风能利用系数最大为目标函数；步骤2，构建试验设计模块：选择对应的试验设计方法进行试验设计，自动生成若干组满足设计变量约束条件的试验样本后，再通过流体力学的精确计算和对计算结果的数据处理得到响应值的集合；该试验设计模块包括翼型参数化模块、网格划分模块、气动计算模块和数据处理模块；该试验设计模块通过选择对应的翼型参数化方法编写翼型参数化程序，实现翼型几何形状的变动和新翼型的输出，然后对新翼型设计下的垂直轴风力机进行网格划分和气动计算，最后对得到的气动参数进行数据处理；步骤3，构建近似模型模块：选择对应的近似方法对试验设计模块得到的样本数据和响应值的集合构建近似模型，得到输入变量与输出响应之间的映射关系；然后选取若干个随机样本对近似模型进行评估，若近似模型的近似效果较好，则用该近似模型代替高精度分析模型；若近似模型的近似效果较差，则通过在试验设计中加入更多的样本点或修改近似模型的参数来重新构建近似模型，直至近似效果达到精度要求；步骤4，构建优化设计模块：选择对应的优化算法对得到的近似模型进行优化，若结果能够满足设计要求，则得到优化翼型；若结果不能够满足设计要求，则从步骤2开始重新修改方法和参数，并重复上述过程，直至达到设计要求。2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于步骤2所述的试验设计模块的试验设计方法，可选择完全析因设计法、中心复合设计法、Box-Behnken设计法、D-最优设计法、Plackett-Burman设计法、正交数组法、均匀设计法、拉丁超立方抽样法或Hammersley序列抽样法。3.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于步骤2所述的翼型参数化模块的翼型参数化建模方法，可选择多项式拟合法或解析函数线性叠加法，其中：多项式拟合法可以为PARSEC方法、Sobieczky方法或改进的Sobieczky方法，解析函数可以为多项式型函数、Wagner型函数或Hicks-Henne型函数。4.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于步骤2所述的网格划分模块和气动计算模块，均可通过编程或选择商业软件实现，其中：实现网格划分的软件包括Gambit、ICEM或HyperMesh，实现气动计算的软件包括Fluent、CFX或Fastran。5.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在于步骤3所述的近似模型模块的构建近似模型方法，可选择样条插值模型、多项式响应面模型、Kriging模型、径向基神经网络模型、支持向量机模型、泰勒级数模型或变复杂度模型的方法。6.根据权利要求1或5所述的一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法，其特征在2CN104573282A权利要求书2/2