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采用新型非轴对称端壁优化设计方法提高涡轮性能的数值研究
摘要：
本文通过对涡轮结构进行优化设计，提出了一种新型的非轴对称端壁设计方法，以期提高涡轮的性能。通过数值模拟得出涡轮在不同工况下的性能数据，并与传统涡轮进行比较分析，结果表明，该新型涡轮在风动能转化率、风能利用系数、输出功率等方面均有明显提高，证明风能利用的效率被显著提高。
关键词：涡轮；非轴对称端壁；风动能转化率；风能利用系数；输出功率
引言：
风能作为可再生能源的一种，在近年来得到了广泛应用和发展，而涡轮是风能利用的重要设备之一。然而，传统涡轮存在一些问题，比如转速限制、风能利用率低等。因此，对涡轮结构进行优化设计，提高风能利用效率至关重要。
设计方法：
本文提出的涡轮设计方法在传统设计基础之上，引入了非轴对称端壁的设计概念。因为传统涡轮的端壁为轴对称结构，容易形成气旋和涡流，导致能量损失，而采用非轴对称端壁设计可避免这种损失。设计方法的流程如下：
1.根据目标工况选取涡轮类型和材料
2.确定轮毂、叶片等的几何尺寸
3.根据高斯定理进行对流通量、扭矩等进行计算
4.采用CFD技术进行数值模拟
5.对模拟结果进行分析和优化
数值模拟：
为验证新型涡轮设计的效果，采用CFD技术对涡轮不同工况下的性能进行数值模拟。模拟参数如下：
风速：6m/s、8m/s、10m/s
涡轮转速：150r/min、200r/min、250r/min
计算内容：通量、扭矩、风能利用系数、风动能转化率等
模拟结果表明，新型涡轮在不同工况下的风能利用系数和风动能转化率均明显高于传统涡轮，输出功率显著提高。
讨论与结论：
本文提出的新型涡轮设计方法有效推动了涡轮结构的优化进程。该方法采用非轴对称端壁设计理念，确保风能跨越涡轮时不会形成气旋和涡流，从而提高了风能转化效率和输出功率。通过数值模拟和结果分析，本文证明了新型涡轮设计的优势，表明风能利用的效率得到了显著提高。
参考文献：
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