垂直轴水轮机自由液面效应的数值模拟

发布时间：2021-02-18 21:42

　　传统的能源结构不仅在储量上日益减少而且带来了不可忽视的环境破坏,发展新能源是人类社会文明发展的重要保证,而潮流能作为一种储量巨大且稳定的能源,具有重要研究价值。将潮流能转化为机械旋转动能的水轮机就受到国内外专家学者的研究。水轮机的各个类型中,漂浮式垂直轴水轮机有巨大优势,体现在来流方向可任意,且载体结构施工维修简单。目前潮流能水轮机的性能研究中,主要工况是简化为均匀来流无限水深下的探究。但在实际水轮机工作环境下,涉及到自由液面浸没深度的施工选择和波浪对水轮机的性能影响,且之前的研究都采用二维代替三维的方法,忽略了叶片端部梢涡的情况。因此本文采用三维水轮机实验尺寸进行研究,且加入自由液面的影响,最后还进行水轮机在波浪下的性能探究。首先,为了分析自由液面是否能影响到水轮机的性能,本文建立了三维叶片在无限水深、自由液面、规则波下三种工况下的均匀来流中周期性旋转模型,使用了滑移网格的模型模拟叶片在旋转中的受力情况,分析了自由液面对水轮机受力及功率的影响;其次,在静水波的情况下分析了不同浸没深度对水轮机受力及功率的影响;最后进行造波,研究水轮机在一阶规则波下的运动受力和功率情况,分析波浪的周期和... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 潮流能水轮机类型简介
    1.3 潮流能水轮机研究进展
        1.3.1 国外潮流能水轮机研究现状
        1.3.2 国内潮流能水轮机发展现状
    1.4 自由液面对水轮机水动力影响的研究进展
    1.5 研究目的及主要内容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究内容
第2章 垂直轴水轮机工作原理与研究方法
    2.1 叶片和水轮机运动分析
    2.2 叶片和水轮机受力分析
        2.2.1 单个叶片受力分析
        2.2.2 水轮机受力分析
    2.3 参数无量纲化的定义
    2.4 垂直轴水轮机水动力性能研究方法
        2.4.1 流管法
        2.4.2 涡方法
        2.4.3 CFD法
        2.4.4 实验法
    2.5 starccm+软件简介
    2.6 本章小结
第3章 垂直轴水轮机在自由液面影响下的CFD模拟方法
    3.1 垂直轴水轮机CFD基础理论
        3.1.1 基本控制方程
        3.1.2 湍流模型介绍
        3.1.3 流体在近壁面处的处理
        3.1.4 动边界模型
    3.2 垂直轴水轮机CFD计算有效性验证
    3.3 本章小结
第4章 自由液面对垂直轴水轮机的水动力影响分析
    4.1 垂直轴水轮机CFD数值模拟方法
        4.1.1 计算模型及网格划分
        4.1.2 边界条件及运动参数的设置
    4.2 自由液面对垂直轴水轮机的影响
        4.2.1 自由液面条件对垂直轴水轮机的影响
        4.2.2 浸没深度对垂直轴水轮机的影响
    4.3 规则波下浸没深度对垂直轴水轮机的影响
        4.3.1 波浪参数设置
        4.3.2 规则波下浸没深度对垂直轴水轮机水动力特性的影响
    4.4 自由液面下垂直轴水轮机流场分析
        4.4.1 流线分析
        4.4.2 自由液面的兴波变化
        4.4.3 自由液面对尾流场的影响
    4.5 本章小结
第5章 规则波对垂直轴水轮机的水动力影响分析
    5.1 规则波参数的选择
    5.2 规则波的波幅对垂直轴水轮机水动力的影响
        5.2.1 波浪参数的设定
        5.2.2 水轮机水动力性能分析
    5.3 规则波的周期对垂直轴水轮机水动力的影响
        5.3.1 波浪参数的设定
        5.3.2 水轮机水动力性能分析
    5.4 规则波下垂直轴水轮机的流场分析
        5.4.1 规则波下来流速度恢复的分析
        5.4.2 规则波下水轮机兴波的变化
        5.4.3 水轮机对波形的影响
        5.4.4 波面对梢涡的影响
        5.4.5 垂直轴水轮机表面流场速度分布特性
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]自由面条件下水平轴潮流能叶轮水动力研究[J]. 王树齐,张亮,徐刚,朱仁庆.  哈尔滨工程大学学报. 2016(10)
[2]竖轴水轮机式潮流能发电装置开发现状与发展趋势[J]. 马勇,张亮,马良,陈展.  科技导报. 2012(12)
[3]海流能开发利用技术发展及关键技术思考[J]. 常征,包道日娜,刘志璋,俞红鹰.  太阳能. 2012(06)
[4]工程机械用发动机冷却风扇内部流场特性仿真分析[J]. 陈细军,黎滢,夏凌枫,郑云,易迪佳.  工程机械. 2011(11)
[5]海洋可再生能源技术发展现状及对策建议[J]. 高艳波,柴玉萍,李慧清,陈绍艳.  可再生能源. 2011(02)
[6]潮流能的利用及研究状况[J]. 李波,李龙,杨丽,杨雪林,肖玉平.  太阳能. 2010(09)
[7]潮流能发电及潮流能发电装置[J]. 戴庆忠.  东方电机. 2010(02)

硕士论文
[1]应用PimpleDyMFoam的水平轴潮流能水轮机数值计算研究[D]. 张凯琳.大连理工大学 2013
[2]竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究[D]. 郭嘉楠.大连理工大学 2013
[3]垂直轴风力机气动性能分析与优化设计[D]. 惠万馨.华北电力大学 2013
[4]海流能发电技术中电力变换系统的优化研究[D]. 王剑.中国海洋大学 2012
[5]基于PLC的移动式垃圾压缩设备液压及控制系统设计[D]. 蒋波.扬州大学 2012
[6]水平轴潮流能发电机械叶片设计及特性分析[D]. 徐学涛.浙江大学 2012
[7]矩形水轮机水动力性能研究[D]. 宁义君.哈尔滨工程大学 2010
[8]可控偏角竖轴水轮机性能试验研究[D]. 季剑远.哈尔滨工程大学 2008
[9]水轮机叶片水动力分析及翼型优化[D]. 容亮湾.哈尔滨工程大学 2006



本文编号：3040125