一种水轮机叶片的优化方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及资源回收利用，尤其涉及一种水轮机叶片的优化方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、随着高水头水力资源逐渐开发罄尽，目前都将目光转向低水头水力资源，对于低水头的水力资源利用，常采用轴流或者贯流式。

2、而污水处理净水节能回收装置中水轮机运行水头低、流量变幅大、单机容量小，通过对污水处理过程中的水力资源进行有效回收，能够助力碳中和。

3、污水处理净水节能回收装置中的水轮机叶片在对水流能量转换时起到决定性的作用，尤其是形状和受力情况，都直接影响机组的运行效率，而水轮机叶片本身是不规则的，由于对于双向运行的机组来说，叶片的扭曲程度更大，对于双向贯流式机组，叶片的翼型将直接导致正向工况以及反向工况的工作情况。

4、因此，如何对水轮机叶片进行优化以提高对水流能量的转换率是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的水轮机叶片的优化方法、装置、计算机设备及存储介质。

2、第一方面，本发明提供了一种水轮机叶片的优化方法，包括：

3、按照四阶贝塞尔曲线对水轮机叶片的翼型骨线进行建模，得到水轮机叶片模型，所述水轮机叶片模型中所述翼型骨线包括五个控制点；

4、在沿着所述水轮机叶片模型的叶片方向上选择预设数量的截面，获取每个截面的五个控制点；

5、基于每个截面的五个控制点，得到每个截面的三个控制量，包括第一控制量、第二控制量以及第三控制量，所述第一控制量和所述第二控制量用于控制所述翼型骨线的前半部分，第二控制量和第三控制量用于控制所述翼型骨线的后半部分；

6、对所述水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片厚度进行调整，以得到最优的水轮机叶片，所述水轮机进口压力的调整是通过对进口导叶控制来实现的，所述水轮机叶片厚度的调整是通过对所述水轮机叶片模型的调整来实现的。

7、优选地，所述四阶贝塞尔曲线呈s型，且所述四阶赛贝尔曲线公式如下：

8、

9、其中，ai(i＝0，1，2，3，4)为五个控制点的坐标，bi,n(t)为恩斯坦基函数，p(t)为所述四阶赛贝尔曲线上的各点坐标，t为系数。

10、优选地，所述每个截面的五个控制点，包括：

11、水轮机叶片进口端点的第一切线方向上的第一控制点和第二控制点；

12、水轮机叶片出口端点的第二切线方向上的第三控制点和第四控制点；以及

13、所述第一控制点和第三控制点之间的第五控制点；

14、所述基于每个截面的五个控制点，得到每个截面的三个控制量，包括第一控制量、第二控制量以及第三控制量，所述第一控制量和所述第二控制量用于控制所述翼型骨线的前半部分，第二控制量和第三控制量用于控制所述翼型骨线的后半部分，包括：

15、基于第一控制点、第二控制点以及水轮机叶片进口端点，确定第一控制量，所述第一控制量为第一距离与第二距离之间的第一比值，第一距离为所述水轮机叶片进口端点和所述第一控制点之间的距离，第二距离为所述水轮机叶片进口端点和所述第二控制点之间的距离，且所述第一控制点位于所述水轮机叶片进口端点与所述第二控制点之间；

16、基于第一控制点、第四控制点以及第五控制点，确定第二控制量，所述第二控制量为第三距离与第四距离之间的第二比值，第三距离为所述第一控制点与第五控制点之间的距离，第四距离为所述第一控制点与所述第四控制点之间的距离；

17、基于第三控制点、第四控制点以及所述水轮机叶片出口端点，确定第三控制量，所述第三控制量为第五距离与第六距离之间的第三比值，第五距离为所述水轮机叶片出口端点与第三控制点之间的距离，第六距离为所述水轮机叶片出口端点与第四控制点之间的距离，且，所述第三控制点位于所述水轮机叶片出口端点与所述第四控制点之间。

18、优选地，所述对每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片厚度进行调整，以得到最优的水轮机叶片，所述水轮机进口压力的调整是通过对进口导叶控制来实现的，所述水轮机叶片厚度的调整是通过对所述水轮机叶片模型的调整来实现的，包括：

19、以每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片的厚度为变量，以所述水轮机叶片的最小水压力，所述水轮机叶片的最大静压力以及水力效率为目标函数，以低水头为约束条件，所述低水头为低于30m的水头，构建数学模型；

20、基于所述数学模型，对所述水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片的厚度进行调整，得到最优的水轮机叶片。

21、优选地，所述以所述水轮机叶片的最小水压力，所述水轮机叶片的最大静压力以及水力效率为目标函数，具体为：

22、将所述水轮机叶片的最小水压力相较于第一初始值提高，所述水轮机叶片的最大静压力相较于第二初始值降低，水力效率相较于第三初始值提高，第一初始值为所述水轮机叶片的最小压力未经过优化的初始值，第二初始值为所述水轮机叶片的最大静压力未经过优化的初始值，第三初始值为所述水力效率未经过优化的初始值。

23、优选地，所述基于所述数学模型，对所述水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片的厚度进行调整，得到最优的水轮机叶片，包括：

24、所述基于所述数学模型，对所述水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片的厚度进行调整，得到最优的每个截面的三个控制量以及最优的水轮机叶片的厚度；

25、基于所述最优的每个截面的三个控制量，得到每个截面所对应的骨线；

26、基于所述最优的水轮机叶片的厚度和所述每个截面所对应的骨线，得到水轮机叶片的三维翼型，即为最优的水轮机叶片。

27、第二方面，本发明还提供了一种水轮机叶片的优化装置，包括：

28、建模模块，用于按照四阶贝塞尔曲线对水轮机叶片的翼型骨线进行建模，得到水轮机叶片模型，所述水轮机叶片模型中所述翼型骨线包括五个控制点；

29、获得模块，用于在沿着所述水轮机叶片模型的叶片方向上选择预设数量的截面，获取每个截面的五个控制点；

30、得到模块，用于基于每个截面的五个控制点，得到每个截面的三个控制量，包括第一控制量、第二控制量以及第三控制量，所述第一控制量和所述第二控制量用于控制所述翼型骨线的前半部分，第二控制量和第三控制量用于控制所述翼型骨线的后半部分；

31、优化模块，用于对所述水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片厚度进行调整，以得到最优的水轮机叶片，所述水轮机进口压力的调整是通过对进口导叶控制来实现的，所述水轮机叶片厚度的调整是通过对所述水轮机叶片模型的调整来实现的。

32、第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现第一方面中所述的方法步骤。

33、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面中所述的方法步骤。

34、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

35、本发明提供了一种水轮机叶片的优化方法，包括：按照四价贝塞尔曲线对水轮机叶片的翼型骨线进行建模，得到水轮机叶片模型，该水轮机叶片建模中翼型骨线包括五个控制点；在沿着水轮机叶片方向上选择预设数量的截面，获取每个截面的五个控制点，得到每个截面的三个控制量，包括第一控制量、第二控制量以及第三控制量，第一控制量和第二控制量用于控制翼型骨线的前半部分，第二控制量和第三控制量用于控制翼型骨线的后半部分；对水轮机叶片模型中每个截面的三个控制量、水轮机叶片进口压力以及水轮机叶片厚度进行调整，以得到最优的水轮机叶片，水轮机进口压力的调整是通过对进口导叶控制来实现的，水轮机叶片后的调整是通过对水轮机叶片模型的调整来实现的，进而通过对水轮机叶片进行建模，得到该水轮机叶片模型，再对该水轮机叶片模型进行调整来实现叶片的优化，从而提高水能利用率的。