1、我國(guó)水力資源可開(kāi)發(fā)量大，但我國(guó)水能開(kāi)發(fā)的利用率與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。在國(guó)家政策的大力支持下，我國(guó)水電在近年來(lái)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其中，軸流式水輪機(jī)占據(jù)很大的比例，而傳統(tǒng)軸流式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)方法在與現(xiàn)代水力設(shè)計(jì)理論及CFD計(jì)算優(yōu)化相結(jié)合的過(guò)程中，仍然需要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)多個(gè)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，必然耗費(fèi)了大量的時(shí)間與金錢。而參數(shù)化設(shè)計(jì)方法能基于現(xiàn)有模型，更靈活地改變?nèi)~片的輪廓，并便于生成3D葉片，從而進(jìn)行CFD分析，可大大節(jié)約時(shí)間和制造成本，

2、所以，將參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于轉(zhuǎn)輪葉片翼型的幾何造型與優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常必要的。本文提出了一種基于曲線參數(shù)化設(shè)計(jì)的軸流式水輪機(jī)2D翼型及3D葉片的建模方法，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.系統(tǒng)地分析總結(jié)了現(xiàn)有葉片翼型的規(guī)律，初步提出了一種翼型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。
　　對(duì)現(xiàn)有某軸流式水輪機(jī)葉片的翼型進(jìn)行圓柱截面截取，得到了不同截面各個(gè)翼型的輪廓。根據(jù)翼型骨線特點(diǎn)，采用內(nèi)切圓的方法，分析比較各截面翼型的不同參數(shù)，最終得到了參數(shù)化過(guò)程中

3、可能需要的翼型特征變量，例如最大厚度和最大厚度所在位置等。
　　根據(jù)常規(guī)翼型氣動(dòng)性能分布規(guī)律，將翼型分割成4段，用分段參數(shù)化的方法進(jìn)行建模。分別應(yīng)用多階多項(xiàng)式對(duì)翼型的4段曲線進(jìn)行擬合，得到各段的多項(xiàng)式階數(shù)，綜合Bezier函數(shù)擬合曲線的特點(diǎn)，確定參數(shù)化曲線控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置，再通過(guò)Matlab進(jìn)行曲線的建模，最終確定了基于Bezier曲線的4段10點(diǎn)10參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型的方法。
　　最后將該方法分別應(yīng)用于典型對(duì)稱翼型NA

4、CA0015以及某軸流式水輪機(jī)葉片翼型GOE430。結(jié)果表明：當(dāng)該方法用于典型的對(duì)稱翼型NACA0015，相似度達(dá)到87.2％，相對(duì)誤差較小；但是，當(dāng)該方法應(yīng)用于某軸流式水輪機(jī)葉片的非對(duì)稱翼型GOE430時(shí)，存在較大偏差，與原始翼型相似度僅為69.9%，并且這些偏差對(duì)翼型的總體性能影響較大。
　　2.針對(duì)初步參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的不足，提出了一種優(yōu)化的翼型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。
　　為了提高參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的擬合精度，在初始參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

5、的基礎(chǔ)上，在翼型尾部上下方各增加一個(gè)控制點(diǎn)，以提高擬合精度。并且將優(yōu)化后的方法應(yīng)用于先前存在較大偏差的翼型GOE430，再應(yīng)用于典型對(duì)稱翼型NACA0015。
　　當(dāng)將該方法應(yīng)用于翼型GOE430時(shí)，參數(shù)化后的翼型與原始翼型在外形幾何上較為接近，相似度提高很多，達(dá)到85%以上，氣動(dòng)性能也得到改善。并且對(duì)優(yōu)化后的參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型進(jìn)行了CFD計(jì)算和流場(chǎng)分析，分析了翼型上下表面的壓力系數(shù)，計(jì)算對(duì)比了不同攻角下參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型與原始翼型的升阻

6、力系數(shù)，在零攻角情況下，參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型性能優(yōu)于原始翼型，而在-5°和5°下，參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型與原始翼型的性能相差不大。
　　將優(yōu)化的參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于典型對(duì)稱翼型NACA0015，優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)翼型在外形上與原始翼型更為相近，并且與初步參數(shù)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的翼型相比，外形上更加相似，達(dá)到89.6%，同時(shí)，在氣動(dòng)性能方面，模擬升阻力系數(shù)與原型更為接近。
　　3.基于優(yōu)化的翼型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，提出了一種3D葉片參數(shù)化

7、設(shè)計(jì)方法。
　　以翼型參數(shù)化為基礎(chǔ)，對(duì)葉片的翼型安放角和不同截面的翼型最大厚度與最大隆起進(jìn)行參數(shù)化分析，最終得到軸流式水輪機(jī)葉片的參數(shù)化建模方法。
　　本文以某軸流式水輪機(jī)為例，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化造型分析，首先分別以不同截面作為標(biāo)準(zhǔn)翼型，建立不同的葉片模型，再通過(guò)CFD計(jì)算確定了以半徑為0.165m標(biāo)準(zhǔn)翼型的葉片與實(shí)際結(jié)果最為接近，然后分析該葉片的流場(chǎng)以及壓力場(chǎng)，最終認(rèn)為該參數(shù)化設(shè)計(jì)方法能較好地應(yīng)用于軸流式水輪機(jī)葉片的三維設(shè)計(jì)中