基于CFD的导管式水动涡轮设计优化
流体动力学
2023-07-27 v2
摘要
水动涡轮从流动水中提取动能以产生可再生电力，从而有助于可持续能源生产并减少对化石燃料的依赖。已有假设认为导管可加速并调理流经涡轮叶片的流体，提高整体能量提取效率。然而，迄今尚未对水动涡轮提供实质性证据。为研究此问题，我们执行一项基于CFD的优化研究，采用叶片解析的雷诺平均Navier–Stokes (RANS)求解器来探索最大化能量提取效率的导管式水动涡轮设计。为处理叶片与导管几何的高维设计空间，我们使用基于梯度的优化方法，其中梯度通过伴随方法计算。最终设计通过更高保真度的非定常RANS (URANS)模拟重新评估。我们优化的导管式涡轮在一系列运行条件下达到约54%的效率，高于无导管涡轮(如著名的Bahaj模型)典型的46%效率。
引用
@article{arxiv.2307.03248,
title = {CFD-based Design Optimization of Ducted Hydrokinetic Turbines},
author = {Jeongbin Park and Bradford G. Knight and Yingqian Liao and Marco Mangano and Bernardo Pacini and Kevin J. Maki and Joaquim R. R. A. Martins and Jing Sun and Yulin Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.03248},
year = {2023}
}