孙 科，张 亮，何环宇

(哈尔滨工程大学 船舶工程学院，150001 哈尔滨)



三叶片垂直轴水轮机自启动性能数值计算

孙 科，张 亮，何环宇

(哈尔滨工程大学 船舶工程学院，150001 哈尔滨)

为寻求固定偏角垂直轴水轮机的启动性能规律，应用CFX流体-刚体耦合运动求解方法实现了垂直轴潮流能水轮机自启动过程的瞬态数值模拟，结合静态启动力矩系数的计算结果，分析在不同初始方位角下水轮机的启动时间以及角速度的稳定情况.研究结果表明:对于三叶片固定偏角垂直轴水轮机而言，方位角在60°～130°范围内启动性能较好，但在90°位置静态力矩会出现突降，不利于自启动；方位角在140°～170°范围内启动性能较差，但系统阻尼为0时，在所有位置均能够实现自启动，且启动过程稳定后水轮机转速均达到飞逸转速.

潮流能；垂直轴水轮机；启动位置；自启动性能；方位角；系统阻尼

垂直轴潮流能水轮机是获取潮流能的重要装置[1-2],其自启动性能是关系到水轮机年发电量的关键参数，也是评价发电机组性能优劣的重要指标之一[3-4].对于垂直轴叶轮的自启动性能研究最早始于风力发电机，1985年Rajaoferson等[5]通过实验证明Darrieus型风力机具有一定的自启动性能.Kirke[6-7]等详细阐述了垂直轴风力机的自启动性能，指出固定偏角垂直轴风力机一个最大的局限性就是自启动性能差，并提出了几种改进方式.随着计算机的快速发展以及CFD软件的日渐成熟，2010年开始,研究者们纷纷采用数值算法来研究垂直轴叶轮的启动性能.例如Beri等[8]利用CFD软件计算得到NACA2415翼型变弧固定叶片垂直轴风力机具有自启动性能的结论；……