高效涡轮机叶轮的制作方法

高效涡轮机叶轮
1.申请人：卡拉布里亚大学(80％) 泽玛机械工厂(20％)
2.发明人：贾恩卡洛
·
阿方西 阿戈斯蒂诺
·
劳里亚
3.本发明涉及一种高性能混合式涡轮机。


背景技术：

4.现有技术包括不同类型的涡轮机，其主要可以分成冲动式涡轮机和反动式涡轮机，在冲动式涡轮机中，流体压力在流体流和叶轮之间的相互作用过程期间不改变(如在培尔顿涡轮机中一样)，在反动式涡轮机中，流体压力在流体流和叶轮之间的相互作用过程期间变化(如在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机中一样)。
5.不管压力经历的转变如何，用于在已知类型的涡轮机之间进行区分的另一特性是在流体流与叶轮接触时流体流所遵循的主方向。因此，可以分成具有径向流的涡轮机(其中，流主要在叶轮的旋转平面上在距其旋转轴一距离处移动，即，流以某一半径值进入并以较小的值离开，如在弗朗西斯涡轮机的情况下一样)、轴流式涡轮机(其中，流主要在平行于叶轮轴的方向上移动，如在卡普兰涡轮机的情况下一样)和混流式涡轮机，在该混流式涡轮机中，流体流部分地在径向方向上移动并且部分地在轴向方向上移动。
6.已知类型的涡轮机的另一种分类可基于所处理的流体的类型来进行。可在水轮机、蒸汽轮机、燃气轮机和风力涡轮机之间进行区分。在液力涡轮机中，将水流引向一个叶轮，以便使叶轮旋转并且能够从连接到机轴的交流发电机产生电力，如在水力发电厂中发生的一样。水流来自通常由水坝产生的人工水池供给的引水道，在培尔顿涡轮机的情况下，水流是自由的并且处于大气压力下，或者在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机的情况下，水流是管道输送的并且处于比外部环境的压力更高的压力下。引水道中的流的能量扣除压头损失之后部分地是压力部分地是动能。在弗朗西斯涡轮机和卡普兰涡轮机的情况下，将引水道端部处的水流通过另一管道引向叶轮，因此具有仍然部分地是压力且部分地是动能的能量负载。在培尔顿涡轮机的情况下，引水道以大气中的出口喷嘴结束，因此流的能量完全仅转化为动能。然后将同一水流引向叶轮，因此在后一种情况下，与叶轮相互作用的水流的能量仅仅是动能类型的。在蒸汽轮机的情况下，通过将来自燃烧一些燃料的锅炉的热量引入回路中，例如在热电厂或热核发电厂中，达到明显高于外部压力的流体的压力值，该压力值对于设备的操作是必需的。在燃气轮机的情况下，通过涉及燃烧室中的燃料和空气的化学反应，例如在喷气发动机中，达到比外部压力高得多的高压力值，该高压力值是设备的操作所必需的。在风力涡轮机的情况下，在大气压下的风流(因此仅具有动能)使连接到机轴的叶片(翼型)在大气空气中旋转，其中该机轴进而连接到交流发电机的叶轮。
7.存在以各种方式调用这些类型的涡轮机的许多专利(见参考文献)，特别是在风力领域。
8.特别地，在专利文献[6]至[8]中，作为基本特征，涡轮机叶轮的构成元件具有这样的事实：具有使这些叶轮推力导管(其构成元件)与外部环境连通的狭缝，以便例如在叶轮用作涡轮机风力的情况下从外部环境吸入空气以增加推力导管内的流量。
[0009]
在所有类型的现有涡轮机中，一个涡轮机可分成同一流体(其为液体、气体或多相)的流体入口段和出口段。入口段的几何尺寸(为a)和入口处的流体速度v的平均值确定进入机器的流体流量q(q＝va，如果流体密度ρ是恒定的，则为每单位时间的体积q＝ρva，如果流体密度可变化，则为每单位时间的质量)。在所有现有的涡轮机中，在机器的每个预定操作点处，流体流在机器自身的入口段和出口段之间保持恒定。因此，在机器的入口端处的流的功率(每单位时间的能量)等于：
[0010][0011]
(在使用国际测量单位系统的情况下，例如测量结果以kw为单位)，在涡轮机机轴自身处可获得的机械功率等于：
[0012][0013]
其中η是机器的效率。因此，表达式(4.2)告诉我们，可在涡轮机的机轴处获得的机械功率取决于进入机器的流的特征值，即，流量q和平均速度v(除了所使用的流体的密度之外，还要考虑到设备的效率)。因此，例如，具有高功率的涡轮机的构造必然涉及输入流量或即将到来的流的平均速度的值的增加，或者这两个量的增加。
[0014]
这意味着需要建造大的工业设备尺寸，其结果是具有高的生产、安装和管理成本，以及当然，要引入机器中的高流体流量(和流速)的有效可用性。
[0015]
特征是例如具有三个叶片和水平轴的现有风力涡轮机的另一问题是坚固性低，并且因此风力涡轮机可在其下操作的风速的最大值受限(大约25m/s)。当风速超过这些值时，风力涡轮机必须停止，以确保其不会损坏到断裂点)，叶片相对于进入的风的方向“旗帜式”定向(其不再产生任何升力)，并且允许保持在这种条件下直到不利的大气事件结束。目前，我们面临气候变化的明显现象，其特征是极端大气事件(强风等)越来越频繁的事实。此外，在地球的最靠近极点的纬度处存在风通常非常强的区域，并且因此无法安装传统的风力涡轮机。为了解决此问题，必须引入更坚固的风力涡轮机，例如本发明的风力涡轮机。现有涡轮机的翼型仅在一个点处锚定到毂部，然后沿着其整个长度在空气中是自由的。因此，它们是“易坏的”，这是因为在风的作用下，其可能在与毂部的附接点处断裂。
[0016]
发明的目的和主题
[0017]
本发明的目的是提供一种改进的风力涡轮机，该风力涡轮机全部或部分地解决了上述问题并且克服了前述技术的缺点。
[0018]
本发明的主题是一种根据所附权利要求的混合式涡轮机。
[0019]
本发明的实施方式的实例的详细描述
附图说明
[0020]
现在将具体参考附图中的如下列出的附图，以说明性而非限制性的目的来描述本发明。
[0021]
图1是呈“线框”模式的叶轮的单个构成元件(8个推力管道中的1个)的俯视图。
[0022]
图2是呈“线框”和“渲染”混合模式的叶轮的单个构成元件的总体视图。
[0023]
图3是呈“线框”和“渲染”混合模式的叶轮的单个构成元件的总体视图。
[0024]
图4是呈“渲染”模式的叶轮的单个构成元件的整体且完整的视图。
[0025]
图5是呈“线框”模式的整个叶轮的俯视图，在整个叶轮的构造中具有8个构成元件。
[0026]
图6是呈“渲染”模式的整个叶轮的总体视图，在整个叶轮的构造中具有8个构成元件。
[0027]
图7a是呈“渲染”模式的与全向定子相联接的叶轮的总体视图。该附图示出了上部。
[0028]
图7b是呈“渲染”模式的与全向定子相联接的叶轮的总体视图。该附图示出了下部。
[0029]
图8是用于“小型电网”的发电站方案，其中风力涡轮机与太阳能电池板、柴油发电机和蓄能系统集成在一起。
[0030]
图9是能量自主房屋的示意图，其中风力涡轮机与太阳能电池板、柴油发电机和蓄能系统集成在一起。
[0031]
图10是位于摩天大楼的顶部上的风力涡轮机布局。
[0032]
图11是位于游轮上的风力涡轮机的布局。
[0033]
图12是位于游艇上的风力涡轮机的布局。
[0034]
图13是地面上的多转子风力涡轮机的示意图。
[0035]
图14是在深水中(漂浮)的多转子风力涡轮机的布局.
[0036]
图15是呈“渲染”模式的与单向定子相联接的叶轮的总体视图。
[0037]
图16a是传统汽车的方案。
[0038]
图16b是本发明在“增程器”功能下在电动汽车和/或混合动力汽车的引擎罩下方的布局。
[0039]
图17是通过本发明的单个叶轮元件的顶部的流体流的可视化的数值模拟结果。该附图示出了速度场(红色反映最高流体流速值，蓝色反映最低流体流速值)。
[0040]
图18是通过本发明的单个叶轮元件的顶部的流体流的可视化的数值模拟结果。该附图示出了压力场(红色反映最高压力值，蓝色反映最低压力值)。
[0041]
图19是通过本发明的单个叶轮元件的顶部的流体流的可视化的数值模拟结果。该附图中示出了流速的矢量场(红色反映最高流体流速值，蓝色反映最低流体流速值，背景中的是压力场)。
[0042]
图20是在入口处存在会聚定子的情况下，通过本发明的单个叶轮元件的流体流的可视化的数值模拟结果。该附图中示出了流线场。
[0043]
图21是通过在入口处与双会聚定子(图15)联接的整个叶轮的上部的流体流的可视化的数值模拟结果。该附图中示出了速度场(红色反映最高流体流速值，蓝色反映最低流体流速值)。
[0044]
图22是(当如图中定向时)根据上部部分接收流体流的实施例，在叶轮的顶部处的翼元件的优化模拟数据图表。
[0045]
图23是(当如图中定向时)根据上部部分在入口处接收流体的实施例，在叶轮的底部处的翼元件的优化模拟数据图表；以及
[0046]
图24是根据本发明的可能实施例的叶轮中的分离器挡板的优化模拟数据图表。
[0047]
图25至图27以不同的视图示出了包括多个根据本发明的涡轮机的风力塔。
[0048]
这里规定，不同实施例的元件可组合在一起以提供附加的实施例，而不限制本发明的技术构思，如本领域技术人员从所描述的内容中毫无疑问地理解的。
[0049]
本描述还涉及关于未描述的详细特征的已知技术的实施方式，该详细特征例如是在已知技术中通常在相同类型的解决方案中使用的不太重要的元件。
[0050]
当引入一个元件时，总是意味着其可以是“至少一个”或者“一个或多个”。
[0051]
当在本描述中列出项目或特征的列表时，意味着根据本发明的装置“包括”这种元件或替代地“由这种元件组成”。
实施例
[0052]
如上所述，存在冲动式涡轮机和反动式涡轮机。本发明涉及一种混合式涡轮机，在某种意义上，该混合式涡轮机部分地作为冲动式涡轮机工作，部分地作为反动式涡轮机工作。
[0053]
我们还看到，在已知技术的涡轮机中，叶轮中的流的方向可以是径向的或轴向的。本发明是混合(多重)流类型的，其意义在于，流体流在其与叶轮相互作用中的路径在入口处基本上是切向的，然后变成径向的，然后变成轴向的，然后再次变成径向的，并且在出口处，其再次变成基本上切向的。
[0054]
此外，关于液力轮机、蒸汽轮机、燃气轮机和风力涡轮机的分类，本发明可利用液相、气相、甚至多相的流体流来操作，但是不涉及化学反应或燃烧过程。
[0055]
与上述专利文献[6]至[8]相比，存在许多差异，包括没有上述狭缝，而是在推力管道内部、在流的入口段中和出口段中都有一定数量的翼型，以增加由流体流和叶轮的元件之间的相互作用产生的旋转力。本发明还提供了位于附接到旋转轴的弯曲段中的多个分离器单元，在那里流体流偏转180
°
(或者其他角度或路径)。
[0056]
在具有高功率的涡轮机的结构中，对于上述问题，即，提高输入流量的值或输入流的平均速度，或者提高这两个量，本发明以两种方式解决了这个问题。
[0057]
第一个方式与机器性能的量有关。事实上，本发明的涡轮机叶轮的混合式特征允许使用内部流(在叶轮的构成元件上排放的推力)的常用方法和与围绕布置在叶轮的同一元件(所谓的推力管道)内的翼型的力的产生有关的那些方法二者从机器提取功率。因此，本发明的叶轮效率显著高于已知涡轮机的效率(还通过考虑分离器挡板的存在，该分离器挡板允许流体流在附接到旋转轴的弯曲段中的更好行为，在该旋转轴中发生180
°
或其他角度或流动路径的偏转)，并且因此具有能够提供在相同功率输出下更小的机器(并且因此具有更低的复杂性和更低的成本)的优点。
[0058]
解决上述问题的第二种方式涉及本发明的涡轮机叶轮的模块化特性。例如，通过考虑到风力涡轮机(并且暂时将那些具有竖直轴的风力涡轮机分开，例如很少使用的萨沃纽斯型和达里厄型)，最常见的风力涡轮机是具有水平轴的风力涡轮机，并且其通常由三个叶片移动，这三个叶片在风的作用下产生必要的升力以进行旋转运动。这种机器的功率取决于叶片的尺寸(长度)，因此，当人们想要建造具有增加的功率的风力涡轮机时，必须在越来越大的工业工厂中建造越来越大的风力涡轮机，从而面临有时难以克服的技术和成本限制。另一方面，本发明主要由于其形状而是模块化的，在某种意义上，其实使用组装线技术，
具有一定功率的叶轮也可在单个工业工厂中以大量相同的样本构建，因此与替代地逐个构建的传统风力涡轮机相比，具有相当大的成本节省。然后，根据待组装的最终机器的功率，本发明的叶轮可以以期望的数量一个在另一个之上地安装在支撑塔上，从而使用全部彼此相等的多个叶轮来构造具有期望功率的风力涡轮机。这在成本和制造及组装的简单性方面产生很大的优点。
[0059]
关于风力涡轮机的阻力问题，本发明的叶轮主要由于其特殊形状和围绕其旋转轴的紧凑结构而非常坚固。在暴露于风洞的以高达170km/h的速度进行的气流的小型叶轮的样机上进行的实验室测试没有任何特别的负面结果。
[0060]
一般实施例的描述
[0061]
本描述的叶轮由支撑框架和一定数量(通常为8个)的构成元件(推力管道或主体，其中推力由于与在它们上流动的流体流的相互作用而产生)组成。
[0062]
支撑框架的特征是圆形的几何形状，并且其主要功能是将由流体流和叶轮的构成元件之间的相互作用而产生的力所产生的力矩传递到机器的机轴(轴)。此力矩传递功能通过具有必要机械强度的材料(铝、玻璃纤维、碳纤维)的结构来进行。
[0063]
本描述的叶轮的构成元件(具有必要机械强度的材料，例如铝、玻璃纤维、碳纤维)是复杂形状的管道并且数量通常为8个，这些推力管道根据相对于叶轮的旋转轴限定的角度顺序彼此布置(优选地以规则的方式)。
[0064]
这些构成元件中的每一个的形状沿着三个方向延伸，分别是相对于叶轮自身的切向、轴向、径向和再次切向。
[0065]
由于是管道，所以构成元件具有主流入口段和主流出口段。
[0066]
由于其形状，并且沿着其在管道内的路径，在基本上与叶轮相切的方向上进入同一管道的流体流首先在径向上通过会聚段转向，然后在轴向方向上通过具有逐渐变窄段的段，然后再次在径向方向上穿过逐渐发散段，然后再次穿过发散段，流体流再次基本上与叶轮相切地流出。
[0067]
参考基于流体流与叶轮接触时所遵循的主方向的涡轮机的分类，因此本发明的涡轮机是混流式涡轮机。总之，在管道内的其路径期间，流体流通过管道自身偏转等于180
°
的角度，如在平行于叶轮的旋转轴并且与具有作为传递到机轴的力矩臂的半径的圆周相切的平面中所评估的。
[0068]
构成叶轮的管道具有接收流体流在叶轮管道上排出的推力的功能。构成本描述的叶轮的管道还具有可选地呈现一定数量的承载型材(翼)的特征，该承载型材布置在管道自身的会聚部分和发散部分中并且平行于叶轮的旋转轴布置，承载型材具有借助于升力增加围绕叶轮的轴的力并因此增加力矩的功能，该升力由于管道自身与穿过管道的流体流之间的相互作用而产生。
[0069]
构成本发明的叶轮的管道还具有这样的特征：可选地在与机器的轴成一体的弯曲段内部具有一定数量的分离器挡板(在流体流的入口处逐渐会聚，并且在出口处逐渐发散)，其中，发生180
°
(或者其他角度和路径)的流偏转。这些分离器挡板有助于使流在180
°
偏转路径中流动，而不会发生分离尾流并且随后不会形成不期望的涡流。分离器挡板也可具有不同于180
°
的角度并且遵循不同的路径，类似于叶轮的构成管道中可能发生的情况。
[0070]
参考附图详细描述这些问题。
[0071]
参考图1(俯视图)，在“线框”模式的叶轮的单个构成元件(8个推力管道中的1个)中，我们可分成：
[0072]-初始段110，朝向叶轮的轴200会聚；
[0073]-最终段120，朝向叶轮的轴200会聚；以及
[0074]-在曲线段130中的翼型135(可选的，例如如图所示的5个)。
[0075]
最终段和初始段以及翼面的布置使得形成如图中所限定的流动路径的角度α。该角度是最终段120的平行于轴200的中间平面b和初始段110的穿过轴200的中间平面a之间的角度。α的值可以是任意的，例如，介于六十进制角度度量的60和130度之间，优选地在85和105度之间，理想地为大约90度，以便收集到以轴200为中心的圆周的切向流，并且将其朝向轴200传送。
[0076]
代替翼型，可以有简单的弯曲室，其与初始段110和最终段120分开制造或制成一体。
[0077]
图2示出了叶轮的单个构成元件100的“线框”和“渲染”混合模式的概览，其中入口110处的会聚段，入口段和出口段中的翼型135以及出口处的发散段120是有区别的。应注意到，最终段120是双重的，并且翼型135也是双重的，最终段和翼型在轴200的方向上重叠。出于相同的原因，初始段110也是双重的和重叠的，然而它们是流体连接部，如图3所示，其中重叠的初始段优选地与流体连接部是一体的，并且取分离器挡板140的名称。该分离器挡板实现180
°
的流动偏转。分离器挡板还将初始段分成若干层，并且这增加了流动效率，并且因此增加了叶轮的效率，但是也可能使用两个单室作为初始段110，这两个单室在其一个端部处通过弯曲的接合部连结。
[0078]
总体上，对样机的模拟结果和实验结果表明，翼型的存在使得在入口110处的会聚段中和在出口120处的发散段中显著地增加了力，并且因此增加了围绕叶轮1000的轴的由于叶轮与流体流之间的相互作用而产生的力的力矩。
[0079]
图4示出了整个叶轮的单个构成元件100的“渲染”模式的概览。
[0080]
图5示出了整个叶轮1000的“线框”模式的俯视图，在该叶轮构造中具有8个构成元件100，每个构成元件在之前的图1中示出。
[0081]
图6a示出了本发明的另一不同实施例的从上方看的立体图，其中涡轮机1000插入到空气传送器装置中，该空气传送器装置仅示出了两个元件。图6b从下方示出了相同的布置，并且从这两个图中清楚地看出，传送器元件(向外发散)仅进入涡轮机的上部构成元件，而下部元件在保持传送器装置的外壳的开放区域内是“自由的”。因此，使叶轮旋转的空气进入上部构成元件，下降到下部构成元件中并离开后者，从而优化涡轮机的运动。
[0082]
当然，流动也可以是反向的，即空气(通常为流体)从下部元件进入并从上部元件离开，并且在此情况下，传送器元件将流体地连接到下部构成元件，而上部元件将是“自由的”。
[0083]
应用
[0084]
如上所述，本发明的涡轮机叶轮可与任何类型的流体(水、空气、多相等)一起使用，并且即使在增加了固定零件(定子)的情况下，也可以暴露于来自可能变化的方向的流体流(全向流)或甚至暴露于仅来自一个方向的流体流(单向流)。在下文中，将特别参考在风力领域中的应用。
[0085]
在全向流的情况下的应用
[0086]
如已经提到的，根据本描述的涡轮机的主要特征是特定形状、高效率、简单性、使用灵活性以及尤其是坚固性。因此，在风力领域中，此涡轮机的主要应用是单独地暴露或暴露在大的“风力发电场”内，该风力发电场的特征是存在传统涡轮机不能抵抗的强风(甚至来自不同的方向，取决于天气条件)。图7a和图7b以“渲染”模式示出了本公开的涡轮机构造，其利用传送器元件1250联接到全向定子或“传送器装置”1200，即，能够捕获来自任何方向的风。如图6a、图6b的传送器装置1100的情况一样，该全向定子或“传送器装置”仅朝向上部最终部分120而不朝向下部部分传送流体流。
[0087]
始终在全向风流的背景下，在下文中报告了本描述的涡轮机的其他类型的应用，主要是在竖直轴构造中，这可主要依靠其特定形状来实现，该特定形状是例如提供水平而非如在传统风力涡轮机中存在的竖直旋转平面。
[0088]
图8示出了用于“小型电网”2000的发电站方案，其中，风力涡轮机1000(根据本描述)具有发电模块1500，该小型电网集成有太阳能电池板2100、柴油发电机2200和存储系统2300。小型电网是小型扩展的电网，适合于在位于主配电网无法到达的偏远地区的小村庄中提供电力。
[0089]
在图8所示的情况下，风力发电与太阳能发电集成在一起，最终与柴油发电机集成在一起，并且在任何情况下都与存储系统集成在一起。各种发电方法根据大气条件而彼此交替，可选地由风速计2400检测。
[0090]
图9示出了能量自主的房屋方案3000，其中，同样在此情况下，风力涡轮机1000(具有轴200和发电模块1500)与太阳能电池板3100、柴油发电机3200和存储系统3300集成在一起，它们根据天气条件而彼此交替。
[0091]
图10示出了根据本描述的风力涡轮机1000在摩天大楼4000的顶部4100上的定位方案，在该摩天大楼的顶部上，众所周知，总是存在强风。
[0092]
图11示出了游轮5000上的风力涡轮机的定位方案。可看出，由于本描述的涡轮机的特征是具有水平的旋转平面，所以其可有利地定位在船的甲板上。类似地，图12示出了游艇6000上的风力涡轮机1000的定位方案。
[0093]
图13示出了具有多个重叠转子1000并且集成有太阳能电池板7100的地面定位风力涡轮机解决方案7000。
[0094]
图14示出了风力涡轮机8000在深水中(漂浮)的定位方案，其中一定数量的转子1000重叠，在此情况下也集成有太阳能电池板8100。8200指示水的表面，8300指示对水波运动的响应的适当形状和一致性的主体。
[0095]
在单向流的情况下的应用
[0096]
本发明的涡轮机在单向流情况下的应用是通过将叶轮1000联接到定子1300来实现的，该定子仅接收来自一个方向的流体流，例如图15所示。
[0097]
本发明的涡轮机在单向流的情况下的重要应用是将其用作电动车辆和/或混合动力车辆中的“增程器”。如果我们考虑例如汽车的情况，如图16a和图16b所示，则众所周知，汽车受到的空气动力运动的阻力8000的相当大的部分是与空气对前散热器罩的冲击相关的阻力。在电动汽车和/或混合动力汽车的情况下，引擎罩下方通常由内燃机占据的所有空间都变得空闲。因此，可想到打开进气口，该进气口将气流引向定位在引擎罩下方的涡轮机
叶轮(例如图15所示)，使得该涡轮机叶轮在汽车自身的运动期间联接到交流发电机来产生电力。进气口和引擎罩可类似于图15所示类型的定子1400。从物理的观点来看，这一点是使用在气流冲击散热器前部时产生的阻力的部分来驱动本描述的涡轮机(而不是使其运动阻力耗散)。这样，由本发明的涡轮机产生的电力将增加电动汽车的自主性，或者甚至将允许混合动力汽车以甚至比现在所允许的速度高得多的速度在电动模式下操作。应注意，由此定位的本描述的涡轮机将在汽车能够运动的所有速度下操作，甚至在最高速度下，因此产生甚至更大量的电力。
[0098]
实施方式的实际实例
[0099]
从本发明的样机分析的观点来看，实验工作和模拟工作都已经进行了。在实验上，已经使用了实验室设备，其包括具有宽度为65cm且高度为40cm的出口段和最大空气速度为170km/h的开路风道，以及电动类型的测力制动器，该测力制动器是一组能够测量与进来的气流的给定速度相对应的涡轮机的轴处的功率的工具和设备。
[0100]
在数值水平上，在通过会聚入口在叶轮自身上传送单向流的情况下，首先关于叶轮的单个元件，然后关于整个叶轮进行数值模拟。
[0101]
图17示出了通过本发明的叶轮的单个元件的上部的流体流的可视化的数值模拟结果。所示出的场是速度场，其中接近红色的颜色表示高流速值，而接近蓝色的颜色表示低流速值。可以看出，最高速度值出现在与轴200连接的段110中，其中出现180
°
的流动偏转。还可以注意到速度以及因此总的流动趋势是如何显著地规则化的。
[0102]
图18示出了通过本发明的叶轮的单个元件的上部的流体流的可视化的数值模拟结果。所示出的场是压力场，其中接近红色的颜色表示高压力值，而接近蓝色的颜色表示低压力值。可以看出，对应于图17中已经注意到的，在与轴200连接的段110中出现最低压力值，其中出现180
°
的水流偏转。还可注意到压力分布以及因此总的流动趋势是如何显著地规则化的。围绕翼型135的流动也表现出规则化。
[0103]
图19示出了通过本发明的叶轮的单个元件的上部的流体流的可视化的数值模拟结果。所示出的场是速度矢量场，其中接近红色的颜色表示高速度矢量值，接近蓝色的颜色表示低速度矢量值，而背景反映压力场。可注意到计算域的每个区域中的速度矢量的规则性。还应注意，背景色示出了在图17中存在较高速度的入口段中的低压区。
[0104]
图20示出了在入口处存在会聚定子1300的情况下，通过本发明的叶轮的单个元件的流体流的可视化的数值模拟结果。所示出的场是流线场。可注意到其规则性，特别是在整个入口区域中以及在出现180
°
偏转的曲线中(叶轮的元件外部的线是这里不关注的再循环线)。元件1500是用于确保气流仅进入定子1300的偏转器。
[0105]
图21示出了通过在入口处具有双会聚定子1200(图15的类型)的整个叶轮的上部的流体流的可视化的数值模拟结果。所示出的场是速度场，其中接近红色的颜色表示高流速值，而接近蓝色的颜色表示低流速值。同样在此情况下，所表示的运动场显得非常规则并且没有干扰。
[0106]
图22示出了用于叶轮1000的上段的元件135的模拟数据图表的实例，其可以不同于如图23所示的叶轮1000的下段的对应元件135的模拟数据图表，该数据图表由以下多项式函数描述：
[0107]
y＝-3.3049x6 10.466x
5-11.687x4 5.651x
3-2.073x2 0.9494x-0.0005
flowing stream of fluid(用于从流动的流体流回收能量的设备)”，n.2013790a，英国
[0129]
[4]nica n.，2006，“boundary layer wind turbine(边界层风力涡轮机)”，n.wo 2006/089425 a1，pct
[0130]
[5]sheikhrezai r.j.，2009，“wind energy system with wind speed accelerator and wind catcher(具有风速加速器和风捕捉器的风能系统)”，n.us 2009/0315332 a1，美国
[0131]
[6]alfonsi g.，2012，“turbina ad elevate prestazioni,particolarmente a potenza specifica incrementata(高性能涡轮机，特别是比功率增加的涡轮机)”，n.0001396927，意大利
[0132]
[7]alfonsi g.，2015，“high-performance turbine with increased specific power(具有增加的比功率的高性能涡轮机)”，n.us 9,206,784 b2，美国
[0133]
[8]alfonsi g.，2016，“high-performance turbine with increased specific power(具有增加的比功率的高性能涡轮机)”，n.zl201080051010.8，中国
[0134]
已经描述了优选实施例，并且已经建议了本发明的变型，但是应理解，本领域技术人员将能够在不脱离由所附权利要求限定的对应保护范围的情况下进行修改和改变。