叶片变偏角对垂直轴水轮机性能影响研究
发布时间：2021-08-21 05:46
垂直轴水轮机因其转子轴向与来流方向垂直而得名。在潮流能转换装置中,以其特有的优势占据着极其重要的地位。然而传统的垂直轴潮流能水轮机在实际的工程运行中,存在着诸多不足之处,如效率低,自启动困难,可靠性差等缺点。本文针对垂直轴水轮机的不利之处,借鉴垂直轴风力发电机的变偏角控制策略,将其引申到了潮流能水轮机。通过与传统的固定叶片偏角的水轮机相比较,并对变偏角水轮机的性能参数进行了详细分析,最终提出了优化的叶片变偏角的控制策略,文中主要关于叶片偏角正弦变化的控制策略进行了CFD数值模拟。研究发现叶片偏角正弦变化的垂直轴水轮机的水动力性能相对于固定偏角明显提高。首先对垂直轴变偏角水轮机流场域进行运动区域的划分,利用ICEM前处理软件将流场空间离散化。在叶片附近区域采用了O-C型block结合的方式生成二维网格,有效地处理了叶片尾缘尖锐区网格变异的情况,从而提高了网格的质量。网格区域间采用滑移网格运动方式。本次模拟考虑到水轮机真实的启动过程,水轮机流体域的入口处通过导入UDF自定义函数（来流速度从零增加直到流速稳定状态）作为边界条件而非通常采用的强迫式驱动速度。求解器用Fluent,并采用了基于N...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 海洋新能源开发背景
1.1.1 海洋潮流资源的研究意义
1.1.2 地球表面潮流能分布情况
1.2 海洋潮流能的发展现状
1.2.1 开发潮流能的优势
1.2.2 潮流能转换系统的发电原理及其类别
1.2.3 垂直轴潮流能水轮机结构形式
1.2.4 国际上垂直轴潮流能水轮机研究进展
1.2.5 国内潮流能装置研究进展
1.3 国内外潮流能水轮机变偏角技术研究进展
1.3.1 国际上垂直轴叶轮机变偏角技术概述
1.3.2 国内垂直轴水轮机变偏角技术概述
1.4 本文主要研究内容
2 垂直轴潮流能水轮机的研究方法及其水动力原理
2.1 水轮机叶片在流体中运动的研究方法
2.1.1 叶素动量理论的叶轮水动力分析
2.1.2 涡元理论的叶轮流体动力分析
2.1.3 计算流体力学(CFD)水力数学模型
2.1.4 CFD预处理中滑移网格的运算机理
2.1.5 UDF自定义函数网格区域运动控制
2.2 水轮机转子运转时的流体动力学原理
2.2.1 垂直轴水轮机叶片受力分析
2.2.2 垂直轴水轮机性能的关键参数
2.3 本章小结
3 垂直轴潮流能水轮机数值建模
3.1 垂直轴水轮机结构物理模型的建立
3.2 垂直轴水轮机数值模型求解
3.3 网格数与时间步的不确定性量化分析
3.4 数值模型的有效性验证
3.5 本章小结
4 垂直轴潮流能叶片变偏角水轮机CFD数值计算结果分析
4.1 垂直轴水轮机周围的流场分析
4.2 垂直轴水轮机的攻角变化
4.3 水轮机的整体输出情况
4.4 叶片上的水动力特征
4.5 转子参数对水轮机性能的影响
4.6 本章小结
5 垂直轴水轮机被动式变偏角水动力性能实验
5.1 垂直轴水轮机水槽实验模型设计
5.2 水槽实验数据处理与分析
5.3 变偏角实验模型水槽测试问题及解决办法
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生叶片水动力特性实验研究[J]. 刘清照,陈兵,王利东,苏少帅. 可再生能源. 2018(04)
[2]潮流能开发现状、发展趋势及面临的力学问题[J]. 张理,李志川. 力学学报. 2016(05)
[3]一种新型垂直轴潮流能水轮机性能的初步研究[J]. 康海贵,谢宇,陈兵,郭伟,夏露. 可再生能源. 2014(09)
[4]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[5]同轴双转子H-Darrieus型潮流能水轮机起动扭矩研究[J]. 陈兵,王聪,郭伟,谢宇. 可再生能源. 2014(07)
[6]叶片参数对潮流能自由变偏角水轮机性能影响规律研究[J]. 张学伟,张亮,李志川,盛其虎,王树齐. 太阳能学报. 2014(04)
[7]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[8]竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试[J]. 赵广,郭嘉楠,刘艳,宿晓辉,孙涛,杨冉升. 太阳能学报. 2013(07)
[9]潮流能自由变偏角水轮机限位角优化方法[J]. 张学伟,张亮,李志川,盛其虎,王树齐. 哈尔滨工程大学学报. 2012(11)
[10]可控偏角垂直轴水轮机试验研究[J]. 李凤来,李志川,张亮,季剑远. 太阳能学报. 2012(07)
硕士论文
[1]一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D]. 汪鲁兵.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3354996
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 海洋新能源开发背景
1.1.1 海洋潮流资源的研究意义
1.1.2 地球表面潮流能分布情况
1.2 海洋潮流能的发展现状
1.2.1 开发潮流能的优势
1.2.2 潮流能转换系统的发电原理及其类别
1.2.3 垂直轴潮流能水轮机结构形式
1.2.4 国际上垂直轴潮流能水轮机研究进展
1.2.5 国内潮流能装置研究进展
1.3 国内外潮流能水轮机变偏角技术研究进展
1.3.1 国际上垂直轴叶轮机变偏角技术概述
1.3.2 国内垂直轴水轮机变偏角技术概述
1.4 本文主要研究内容
2 垂直轴潮流能水轮机的研究方法及其水动力原理
2.1 水轮机叶片在流体中运动的研究方法
2.1.1 叶素动量理论的叶轮水动力分析
2.1.2 涡元理论的叶轮流体动力分析
2.1.3 计算流体力学(CFD)水力数学模型
2.1.4 CFD预处理中滑移网格的运算机理
2.1.5 UDF自定义函数网格区域运动控制
2.2 水轮机转子运转时的流体动力学原理
2.2.1 垂直轴水轮机叶片受力分析
2.2.2 垂直轴水轮机性能的关键参数
2.3 本章小结
3 垂直轴潮流能水轮机数值建模
3.1 垂直轴水轮机结构物理模型的建立
3.2 垂直轴水轮机数值模型求解
3.3 网格数与时间步的不确定性量化分析
3.4 数值模型的有效性验证
3.5 本章小结
4 垂直轴潮流能叶片变偏角水轮机CFD数值计算结果分析
4.1 垂直轴水轮机周围的流场分析
4.2 垂直轴水轮机的攻角变化
4.3 水轮机的整体输出情况
4.4 叶片上的水动力特征
4.5 转子参数对水轮机性能的影响
4.6 本章小结
5 垂直轴水轮机被动式变偏角水动力性能实验
5.1 垂直轴水轮机水槽实验模型设计
5.2 水槽实验数据处理与分析
5.3 变偏角实验模型水槽测试问题及解决办法
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生叶片水动力特性实验研究[J]. 刘清照,陈兵,王利东,苏少帅. 可再生能源. 2018(04)
[2]潮流能开发现状、发展趋势及面临的力学问题[J]. 张理,李志川. 力学学报. 2016(05)
[3]一种新型垂直轴潮流能水轮机性能的初步研究[J]. 康海贵,谢宇,陈兵,郭伟,夏露. 可再生能源. 2014(09)
[4]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[5]同轴双转子H-Darrieus型潮流能水轮机起动扭矩研究[J]. 陈兵,王聪,郭伟,谢宇. 可再生能源. 2014(07)
[6]叶片参数对潮流能自由变偏角水轮机性能影响规律研究[J]. 张学伟,张亮,李志川,盛其虎,王树齐. 太阳能学报. 2014(04)
[7]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[8]竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试[J]. 赵广,郭嘉楠,刘艳,宿晓辉,孙涛,杨冉升. 太阳能学报. 2013(07)
[9]潮流能自由变偏角水轮机限位角优化方法[J]. 张学伟,张亮,李志川,盛其虎,王树齐. 哈尔滨工程大学学报. 2012(11)
[10]可控偏角垂直轴水轮机试验研究[J]. 李凤来,李志川,张亮,季剑远. 太阳能学报. 2012(07)
硕士论文
[1]一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D]. 汪鲁兵.哈尔滨工程大学 2003
本文编号：3354996
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3354996.html
