双向潮流能发电装置设计与试验研究

发布时间：2017-08-14 04:21

  本文关键词：双向潮流能发电装置设计与试验研究

  更多相关文章： 潮流能 涡轮 数值计算 模型试验 水动力性能

【摘要】：由于各个国家越来越快的发展进程和人口的日益增加,能源问题越来越成为被关注的世界性根本问题。传统化石能源不仅正在逐渐枯竭,也带来越来越多的环境问题。因此,海洋能源的开发和利用,已经成为目前科学研究的热点问题。本课题结合国家海洋可再生能源开发的战略,以山东省环保科技型和谐海岛建设为依托,针对长岛县岛上居民用电问题,设计了一种便于安装布放、维修维护的新型双向潮流能发电装置,并对该系统进行了理论研究和试验验证,论证了方案的可行性。本文主要分为四部分。第一部分为绪论部分,主要介绍课题研究的背景,论证了潮流能在诸多海洋能源中的可靠性,介绍了国内外潮流能应用技术的研究现状。第二部分为潮流能涡轮叶片设计及数值计算部分。首先,依据项目布放海域环境参数的监测调研结果,分析当地潮流的特点,论证了采用双向对称翼型的合理性。然后按照设计任务功率要求,确定涡轮叶片的直径、尖速比等参数,并完成叶片设计和建模。叶片设计建模完成后,进行数值计算对其发电效率进行验证,并与试验结果进行对比。数值计算采用STAR-CCM+进行,利用其强大的网格功能,大大提高了计算效率。通过数值计算的结果与试验结果进行对比,对比结果表明双向对称翼型在正反来流下的均能达到不低于36.5%的能量转化效率。第三部分为潮流能发电装置设计及数值计算部分。涡轮叶片设计完成后,根据叶片尺寸确定主体装置浮筒、板架、机舱、基座的主尺度,并分别进行结构设计,再将各部分组装并建模,同时完成各部分图纸绘制。通过建模获得装置的重量、重心、排水量、浮心、惯性矩、惯性张量等参数,利用STAR-CCM+软件分别模拟涡轮叶片和主体在不同来流角度下的阻力和力矩。第四部分为潮流能发电装置模型设计及试验部分。试验按照3:100缩尺比进行相似换算,并对试验模型进行建模和出图加工。涡轮叶片由于无法同时满足小尺度几何相似和重力等效,采用圆板等效的方式进行阻力测量。模型主体单独进行阻力测量,再与等效圆盘组装完成系泊试验,观测不同角度来流情况下,装置的姿态响应。
【关键词】：潮流能 涡轮 数值计算 模型试验 水动力性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM612
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 潮流能国内外技术研究现状11-14
• 1.2.1 潮流能国外研究现状11-12
• 1.2.2 潮流能国内研究现状12-14
• 1.3 主要研究内容及方案14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究方案15-17
• 第2章 潮流能涡轮叶片设计及数值计算17-28
• 2.1 概述17
• 2.2 水涡轮叶片设计环境参数17-19
• 2.2.1 布放海域潮流能特点17-18
• 2.2.2 确定布放区域潮流参数18-19
• 2.3 水涡轮叶片设计及建模19-27
• 2.3.1 双向翼型设计19-20
• 2.3.2 叶片设计及建模20-22
• 2.3.3 涡轮数值验证22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 潮流能发电装置设计及数值计算28-44
• 3.1 概述28
• 3.2 潮流能发电装置主尺度确定28-29
• 3.3 新型双向潮流能发电装置总体设计29-36
• 3.3.1 机舱方案及发电装置设计29-32
• 3.3.2 新型海底基座设计32-33
• 3.3.3 浮筒及板架设计33-35
• 3.3.4 总体装配及重心浮心估算35-36
• 3.3.5 系泊系统设计36
• 3.4 潮流能发电装置加工建造36-37
• 3.4.1 整体图纸绘制37
• 3.4.2 焊接规格明细设计37
• 3.4.3 样机加工建造37
• 3.5 潮流能发电装置阻力计算37-43
• 3.5.1 板架及机舱阻力公式计算38-40
• 3.5.2 发电装置阻力数值计算40-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 潮流能发电装置模型设计及试验44-61
• 4.1 概述44
• 4.2 缩尺比的确定及试验模型换算44-51
• 4.2.1 模型主体的建立44
• 4.2.2 叶盘圆板等效44-50
• 4.2.3 海底基座等效建模50-51
• 4.3 图纸绘制及模型加工51-52
• 4.4 试验模型主体阻力数值计算及测量52-59
• 4.4.1 模型主体阻力数值计算52
• 4.4.2 循环水槽流速及的标定52-55
• 4.4.3 六分力仪的标定55-57
• 4.4.4 主体阻力的测量57-58
• 4.4.5 发电装置系泊试验验证58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-67
• 附录67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

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本文编号：670727