横轴转子水轮机波浪能发电装置水动力学特性研究

发布时间：2018-01-07 23:07

  本文关键词：横轴转子水轮机波浪能发电装置水动力学特性研究　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 横轴转子水轮机 双击式水轮转子 波浪发电 水动力学研究

【摘要】：随着人类社会不断发展,煤炭、石油等化石燃料的消耗日益剧增,引发的能源与环境问题愈发严重,人类社会的发展对清洁的可再生能源的需求越来越迫切。波浪能作为蕴藏丰富、能量巨大的清洁能源越来越成为各国的研究重点。海浪波动的随机性,台风、海啸等恶劣海洋环境等因素,使得波浪能转换装置的科学性、生存性、经济性直接影响到装置的效率和成本,也决定了装置技术的成败。本课题所研究的横轴转子水轮机波浪发电装置主要由双击式水轮机转子和水体流道组成。水体在波浪力的作用下在流道内往复流动,推动水轮机单向转动,从而对外输出扭矩。本文采用理论分析、数值模拟和物理模型试验等手段,研究了横轴转子水轮机波浪发电装置水动力学特性。首先,本文介绍波浪能转换装置发展概况,对各种装置的优缺点做简要介绍,介绍横轴转子波浪发电装置研究进展,并在此基础上提出本文的研究内容。其次,将流道中的水体类比弹簧的质量,将弹簧模型的恢复力视为水体所受的重力,应用流体的连续性方程建立横轴转子水轮机波浪发电装置水体振荡数学模型,得出流道内水体振荡频率的计算公式,提出了宽频带波能捕获理论假设,分析频率与流道出口面板倾斜角度的影响规律。然后,对叶片进行受力分析,在ICEMCFD软件中划分流体域和转子域,在Fluent软件中采用VOF方法,设置滑移网格并选择湍流模型,编写UDF,在仿真过程中输出转子转速与扭矩,以叶轮所受转矩大小和叶轮转速作为评价水平轴波浪发电装置性能的标准。在研究过程中根据不同叶片数目、类型、直径和不同叶轮结构,设计了多种叶片和不同叶轮结构,并运用Fluent软件进行数值模拟,并对结果进行分析。最后,选择测量装置,制作试验模型,在造波水槽中进行试验,对第二章提出的假设进行验证,分析不同的出口流道倾斜角度对装置捕能性能的影响。
[Abstract]:With the development of human society, the consumption of fossil fuels, such as coal and petroleum, is increasing rapidly, and the energy and environment problems become more and more serious. With the development of human society, the demand for clean and renewable energy is more and more urgent. Wave energy is rich in energy, and the energy of clean energy is becoming more and more important. Tsunami and other factors such as bad marine environment make the wave energy conversion device scientific survivability and economy directly affect the efficiency and cost of the device. It also determines the success or failure of the device technology. In this paper, the horizontal rotor turbine wave power generation device is mainly composed of double-impact turbine rotor and water flow channel. The water body flows back and forth in the channel under the action of wave force. In this paper, the hydrodynamic characteristics of wave generator with horizontal rotor are studied by means of theoretical analysis, numerical simulation and physical model test. This paper introduces the development of wave energy converter, briefly introduces the advantages and disadvantages of various devices, introduces the research progress of wave power generation equipment with transverse rotor, and puts forward the research content of this paper on this basis. Secondly. The water body in the channel is compared to the mass of the spring, the restoring force of the spring model is regarded as the gravity of the water body, and the mathematical model of the water body oscillation is established by using the fluid continuity equation. The formula of water oscillation frequency in the channel is obtained, and the theoretical assumption of broadband wave energy capture is put forward, and the influence of frequency on the inclined angle of the outlet panel is analyzed. Then, the force on the blade is analyzed. In the ICEMCFD software, the fluid domain and the rotor domain are divided. In the Fluent software, the VOF method is adopted, the sliding grid is set up and the turbulence model is selected, and the UDF is compiled. The rotor speed and torque are outputted in the simulation process, and the impeller torque and impeller speed are taken as the standard to evaluate the performance of the horizontal axis wave generator. In the course of the research, the number and type of blades are different. Various blades and different impeller structures are designed with different diameters and different impeller structures. Numerical simulation is carried out with Fluent software and the results are analyzed. Finally, the measuring device is selected and the test model is made. The experiment was carried out in the wave-making flume, and the hypothesis proposed in the second chapter was verified, and the influence of the inclined angle of the outlet runner on the energy capture performance of the device was analyzed.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM612

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 古云蛟;;海洋能发电技术的比较与分析[J];装备机械;2015年04期

2 李樝;陈永艳;蔚蕾;田瑞;吴哲;;基于滑移网格的H型风力机叶片设计与气动性能研究[J];能源与环境;2015年05期

3 肖业祥;杨凌波;曹蕾;王正伟;;海洋矿产资源分布及深海扬矿研究进展[J];排灌机械工程学报;2014年04期

4 杨文海;;德国可再生能源利用政策激励、节能措施与启示[J];电子测试;2013年24期

5 王超;黄胜;常欣;郭春雨;;基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究[J];船舶力学;2011年07期

6 封星;吴宛青;吴文锋;张成兴;;二维数值波浪水槽在FLUENT中的实现[J];大连海事大学学报;2010年03期

7 董志;詹杰民;;基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J];水动力学研究与进展A辑;2009年01期

8 王伟;;基于滑移网格与RNG湍流模型的螺旋桨水动力性能研究[J];中国海洋平台;2008年06期

9 ;日新月异的海洋能制能技术[J];中国新技术新产品精选;2007年05期

10 赵大勇,李维仲;VOF方法中几种界面重构技术的比较[J];热科学与技术;2003年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 陈圣涛;钟兢军;孙鹏;;高阶Stokes波浪理论耦合VOF两相流模型的数值模拟研究[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——C计算流体力学[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 彭建军;振荡浮子式波浪能发电装置水动力性能研究[D];山东大学;2014年

2 宋云超;气液两相流动相界面追踪方法及液滴撞击壁面运动机制的研究[D];北京交通大学;2013年

3 赵海涛;浮力摆式波浪能装置的水动力性能研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李海龙;弹性储能鸭式波浪能采集转换器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 黄鹏;振荡浮子式波浪能发电装置研究[D];中国海洋大学;2015年

3 刘岩涛;内置式波浪能发电装置的设计与分析[D];中国海洋大学;2014年

4 白欢欢;水力风机的数值模拟和设计研究[D];浙江大学;2014年

5 霍杰;基于CFD的海蟒式俘能装置的水动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 余勇飞;波浪的数值模拟及其流场结构分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 辛颖;Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D];大连理工大学;2013年

8 魏茂兴;基于频域模型和时域模型的波浪能评估计算[D];天津大学;2012年

9 闵广鹤;灯泡贯流式水轮机三维全流道流体动力学分析[D];东北大学;2012年

10 黄炜;浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究[D];浙江大学;2012年

，

本文编号：1394592