潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究

发布时间：2017-04-14 22:00

  本文关键词：潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：潮流能是一种比较丰富的海洋能源，它具有可预测、流速平稳等特点。水平轴潮流能水轮机因其效率较高、转动平稳等原因在潮流能的开发中广泛应用，许多研究机构对水平轴水轮机进行了研究和试验。但由于潮流能的开发还处于初级阶段，对潮流能水轮机的研究还不够深入。本文从水轮机叶片优化设计出发，通过计算流体动力学（CFD）方法、叶素-动量理论（BEM）和试验的方法，研究了水轮机在潮流中的水动力特性。 本文首先总结了各国潮流能水轮机研究的概况，分析水轮机叶片参数，提出研究内容和技术路线；介绍了潮流能水轮机叶片设计和性能分析的基本理论，利用翼型设计和分析软件，得到翼型特性参数；根据优化原理，计算得到叶片参数，利用三维建模软件得到叶片的三维实体。 运用CFD方法，建立潮流能水轮机分析模型，对不同形式水轮机在不同工况下进行水动力性能的模拟分析，初步总结水轮机水动力性能；结合BEM理论，建立预测水轮机能量系数和轴向力系数的数学模型，通过编程计算快速得到水轮机特性参数；在此基础上，为提高水轮机能量效率，研究了不同形式，不同尺寸导流罩水动力性能，，分析了导流罩几何形状和参数等因素的影响，优化了导流罩结构形式；利用CFD方法对导流罩潮流能水轮机与无导流罩水轮机水动力性能进行对比分析，证明增加导流罩可较大幅度提高水轮机能量效率；最后，通过模型试验，充分验证CFD方法和BEM方法的正确性。 本文通过对水轮机水动力特性的研究，初步揭示了潮流能水轮机在不同工况下的性能，为潮流能水平轴水轮机的水动力特性分析提供了参考和指导，为潮流能水平轴水轮机在工程应用中提供了有意的理论基础。
【关键词】：水平轴水轮机 水动力性能 数值模拟 叶素-动量理论 导流罩 模型试验
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK730.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 水平轴水轮机研究现状13-20
• 1.2.1 水轮机国内外现状14-18
• 1.2.2 叶片设计现状18-19
• 1.2.3 水动力性能研究现状19-20
• 1.3 研究内容与意义20-22
• 1.3.1 研究内容20-21
• 1.3.2 研究意义21-22
• 2 水轮机叶片设计基本理论22-34
• 2.1 翼型理论22-25
• 2.1.1 翼型类型22-24
• 2.1.2 翼型性能24-25
• 2.2 水轮机特性参数25-26
• 2.3 动量理论26-30
• 2.4 叶素理论30-32
• 2.5 叶片设计理论32-33
• 2.6 叶片优化33
• 2.7 本章小结33-34
• 3 水轮机叶片设计34-43
• 3.1 设计参数确定34-38
• 3.2 叶片设计方案38-41
• 3.3 三维建模41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 水平轴水轮机水动力性能分析43-70
• 4.1 CFD 分析43-65
• 4.1.1 CFD 概述43-44
• 4.1.2 数学模型44-46
• 4.1.2.1 控制方程44
• 4.1.2.2 湍流模型44-45
• 4.1.2.3 旋转模型45-46
• 4.1.3 物理模型和网格划分46-48
• 4.1.4 边界条件设定和计算48-49
• 4.1.5 结果分析49-65
• 4.1.5.1 性能参数50-52
• 4.1.5.2 水轮机空化52-58
• 4.1.5.3 流场分析58-64
• 4.1.5.4 不同流速水轮机性能64
• 4.1.5.5 不同叶片数目水轮机性能比较64-65
• 4.2 叶素动量理论（BEM）分析65-69
• 4.2.1 翼型升阻力系数确定67-68
• 4.2.2 结果对比分析68-69
• 4.3 本章小结69-70
• 5 带导流罩水轮机水动力特性研究70-80
• 5.1 导流罩性能计算70-77
• 5.1.1 导流罩原理70-71
• 5.1.2 导流罩类型71
• 5.1.3 数值模拟71-73
• 5.1.4 结果分析73-77
• 5.1.4.1 不同类型导流罩性能分析73-74
• 5.1.4.2 不同张角导流罩性能分析74-76
• 5.1.4.3 不同流速下导流罩性能76-77
• 5.2 模型试验77-79
• 5.3 导流罩水轮机性能分析79
• 5.4 本章小结79-80
• 6 水平轴水轮机发电装置试验80-84
• 6.1 测试设备80-81
• 6.1.1 试验水槽80
• 6.1.2 叶片和支撑结构80-81
• 6.2 数据采集与控制81-82
• 6.3 结果分析82-83
• 6.4 本章小结83-84
• 7 总结与展望84-86
• 7.1 论文主要研究工作84-85
• 7.2 本文不足与展望85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 个人简历92-93
• 发表学术论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 应有;李伟;刘宏伟;林勇刚;;海流能发电装置叶片性能及气蚀研究[J];风机技术;2008年04期

2 张果宇;蒋劲;刘长陆;;风力发电机整机气动性能数值模拟计算与仿真研究[J];华东电力;2009年03期

3 任志安;郝点;谢红杰;;几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J];化工装备技术;2009年02期

4 杨涛;李伟;张丹丹;;风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究[J];机械设计与制造;2010年07期

5 刘宏伟;李伟;林勇刚;马舜;应有;;海流发电装置轴向力分析及液压平衡装置设计[J];机械工程学报;2009年12期

6 马舜;李伟;刘宏伟;林勇刚;;水平轴潮流能发电系统能量捕获机构研究[J];机械工程学报;2010年18期

7 汪建文,孙科,贾瑞博;风力机扩散放大器流场的数值仿真[J];能源技术;2004年05期

8 戴军;单忠德;王西峰;杨杰;;潮流发电技术的发展现状及趋势[J];能源技术;2010年01期

9 钟伟;王同光;;风力机叶尖涡的数值模拟[J];南京航空航天大学学报;2011年05期

10 赵伟国;邵雪明;李伟;;基于BEM理论的水平轴海流机设计[J];水力发电学报;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王树杰;柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D];中国海洋大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王学永;风力发电机叶片设计及三维建模[D];华北电力大学（河北）;2008年

2 尹耀安;大型风力机叶片设计与CFD分析[D];华中科技大学;2008年

3 隋建华;水平轴风力机数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 文小军;风力发电叶片铺放机设计与仿真研究[D];武汉理工大学;2010年

5 李银然;风力机专用翼型的空气动力特性研究[D];兰州理工大学;2010年

  本文关键词：潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：306918