相较于传统直叶型垂直轴水轮机，螺旋型水轮机具有自启动性能好、扭矩波动小以及效率可观等优点，具有较好的应用前景。目前，模型试验是研究螺旋型水轮机性能最为有效的方法。

我实验室海洋可再生能源利用创新团队首席科学家、中山大学马勇教授及中山大学博士研究生张爱明等，研究构建了螺旋型潮流能水轮机新型试验平台，优化了模型试验方法，在下村水坝泄流水道中开展了螺旋型潮流能水轮机性能模型试验研究，对多种工况下的双转子螺旋型水轮机效率进行了测试，其试验结果揭示了螺旋型水轮机效率提升的机理。

本研究基于传统弹簧测量力矩的方法，创新性地设计试验平台，实现了流速、力矩和转速的多要素同时测量。为了验证试验的可靠性，首先对不同叶尖速比下的效率进行测试。然后，分别测量不同旋转方向、不同间距比、不同来流方向以及不同相位差下双转子螺旋型水轮机的效率性能。最后，对实验数据进行整理和对比分析。试验结果表明，该双转子螺旋型水轮机效率高于其他同类水轮机效率；除了向外对转，其他旋转方向都能显著提高双转子水轮机获能效率；来流方向对单个水轮机的效率影响较大，对双转子水轮机的平均效率影响不大；相位差对双转子螺旋型水轮机效率影响较小；水轮机之间的间距比为1.4时获能效率最高，之后随着间距比的减小获能效率越来越小。双转子螺旋型水轮机效率的提升与旋转方向、间距比、来流方向以及相位差等各影响因素间的优化组合息息相关。

该试验平台适用于多种工况下水轮机性能试验，可为之后的水轮机实地试验提供借鉴。试验研究丰富了螺旋型水轮机模型试验数据，可为接下来的螺旋形水轮机数值模拟和试验研究提供参考和数据验证，有利于推动潮流能开发利用技术的进步。

图1 试验水道：(a)侧面，(b)俯视图，(c)绘制简图

图2 水坝储水高度及对应流速

图3 试验平台

图4 水道试验

图5 不同叶尖速比下水轮机获能效率

图6 双转子螺旋型水轮机旋转方向(截面)

研究成果于2022年2月在工程技术TOP期刊Energy（中科院SCI一区，影响因子7.147）发表。文章题目为“Field tests on model efficiency of twin vertical axis helical hydrokinetic turbines”，创新团队首席科学家、中山大学马勇教授为文章通讯作者，中山大学博士研究生张爱明为第一作者，团队成员胡超和中山大学硕士研究生刘森、李正郁等共同参与了研究。

该研究得到了国家自然科学基金项目、广东省自然资源厅促进经济高质量发展项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费的支持。

原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1ecLV1H~c~Hpvd