制动线大涡模拟耦合方法下的潮流能水轮机数值模拟

发布时间：2021-12-30 16:31

　　本文主要通过数值模拟的方法对潮流能水轮机进行研究,同时完成了水轮机模型的优化设计和实验来对比验证数值模拟的结果。在数值模拟部分,使用了传统的雷诺时均和制动线大涡模拟耦合方法两种算法,从水轮机性能和流场捕捉两个角度分析了两种算法的预报能力和结果。发现两种方法都能准确地预报水轮机的性能,而制动线结合大涡模拟的算法由于避免了对壁面附近边界层的求解,因而大幅地减少了网格数和计算量。同时该方法可以有效地利用大涡模拟的优势来捕捉流场中瞬时的涡量结构,分析水轮机的尾流和泄涡特征。在此基础上,我们进一步研究了均匀流,剪切流和海洋边界层内的湍流三种不同条件对水轮机尾涡结构的影响。此外,本文进一步发展了制动线和自由面耦合的算法,考虑了阻塞效应和自由面对水轮机的影响。发现阻塞效应可以显著地提高水轮机的功率,而自由面在水轮机上方产生的驻波则会显著地削弱阻塞效应,降低水轮机的功率。通过以上工作,本文系统地阐述了制动线结合大涡模拟的算法和结果,并将其应用于多种复杂流动条件,得到水轮机单机和阵列做功效率和流场的特征。 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

潮流能水轮机示意图

轮机在众多的潮流能转换装置中脱颖而出，被认为具有高度的发展了常见的水平轴和垂直轴水轮机的示意图。和水平轴水轮机相比，着一些缺点。比如，在碰到突发的情况下更难停止工作。因此它脱离流动的影响，而水平轴的水轮机则可以通过调节叶片的角度的升力；相比水平轴水轮机，垂直轴水轮机需要保持表面的抛光比，以及获得理想的效率。而在海底，这往往比较困难；垂直轴叶片都处在最大转速的区域，因此它对于空泡的产生会更加地敏看水平轴水轮机具有更好的适用性。本文只研究了水平轴水轮机的殊说明，后文中所提到的水轮机都指水平轴水轮机。水轮机和传统的风力发电机在做功方式以及能量转化过程上都有翼型剖面构成的叶片在风力的作用下旋转做功，其中叶片产生的功的来源。潮流中的动能转化为叶片旋转的动能，进而推动发电水轮机能量转化的过程并不复杂，但是由于叶片的复杂形状以及境流动的影响，使得对水轮机做功效率的研究仍然具有很大的挑

上海交通大学硕士学位论文vcDCd221∞=ρ（此处，ρ 是流体密度，c 是翼型的长度，通常指的是弦长。1.2 叶素动量理论计算方法素动量理论是潮汐水轮机计算的一种常用理论。在叶素动量模型中，有理论假设：）不考虑各个环形单元在径向的受力影响，即认为他们各自的受力都是）假设叶轮为无穷叶轮，并且在每个环形单元上的受力是定常的。

【参考文献】：
期刊论文
[1]潮流能研究现状2015——水动力学[J]. 张亮,尚景宏,张之阳,姜劲,王晓航.  水力发电学报. 2016(02)

博士论文
[1]潮流水轮机及阵列对周边流场影响研究[D]. 陈娅玲.清华大学 2015

硕士论文
[1]复杂工况下潮流能水平轴水轮机水动力性能研究及叶片优化[D]. 盛传明.中国海洋大学 2014
[2]基于大涡模拟方法的数值风洞技术与应用研究[D]. 孙忠.西安建筑科技大学 2013



本文编号：3558580