叶片姿态可变潮流能水轮机获能特性研究

发布时间：2023-03-01 17:48

　　为扩大对潮流能可再生能源的利用,降低对石化能源的消耗,改善生态环境,文章以减小叶片运动阻力和提高水轮机获能效率为目的,提出了叶片姿态可变水轮机设计方案,借助数值模拟和模型实验的方法对水轮机运行过程进行分析研究,发现和掌握了水轮机的基本运行规律和水动力学性能。提出了新型水轮机的设计方案,对叶片运动与受力情况进行了初步分析。新的设计方案在水轮机6片活动叶片之间增加了连杆机构,叶片能利用潮流的作用力自动调整姿态变化,使顺流区叶片直立获能,逆流区叶片翻倒贴向轮毂,保证叶轮单边受力,获得更大的转动力矩,获取更多潮流能量。探讨了影响水轮机水动力学性能的主要因素:叶片的有效打开高度决定了叶轮迎流面积的大小,是影响水轮机性能的重要因素;叶尖速比体现了水轮机将来流速度转化为叶轮转速的能力,是反映水轮机性能的一个重要参数。采用流固耦合的数值模拟方法研究了叶片姿态可变叶轮机构的水动力学性能。根据相似准则确定了工程样机和数值模拟模型的长度比尺和来流速度的缩放关系,选取动网格的方法处理运动边界问题,建立了水轮机水动力学数学模型。通过模拟不同工况条件下叶轮的运行过程,研究和发现了叶片的基本开-合规律:水轮机任一叶...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 潮流能水轮机的研究背景及意义
    1.2 潮流能水轮机的研究现状
        1.2.1 理论研究现状
        1.2.2 数值模拟研究现状
        1.2.3 实验研究现状
    1.3 主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 研究内容
第2章 叶片姿态可变潮流能水轮机的工作原理
    2.1 设计方案
    2.2 工作原理
    2.3 叶片运动分析
        2.3.1 叶轮与叶片的运动周期
        2.3.2 叶片运动状态分析
    2.4 反映水轮机水动力学性能的主要指标
    2.5 本章小结
第3章 叶轮机构水动力学性能的数值模拟
    3.1 叶轮机构原型与模型的相似转换
    3.2 数值模拟方法
        3.2.1 流固耦合分析
        3.2.2 运动边界的处理方法
        3.2.3 网格划分
        3.2.4 模型处理
    3.3 数值模拟结果分析
        3.3.1 叶轮机构启动及运行转速的变化趋势
        3.3.2 叶片的开-合规律
        3.3.3 获能效率随着阻力矩和叶尖速比变化的规律
        3.3.4 流道截面积改变量对叶轮获能效率的影响
    3.4 本章小节
第4章 样机性能实验研究
    4.1 实验目的
    4.2 实验原理和测试方法
        4.2.1 实验原理
        4.2.2 测试方法
    4.3 实验装置和设备
        4.3.1 实验装置
        4.3.2 实验设备
    4.4 实验内容
        4.4.1 参数调节
        4.4.2 测试内容
        4.4.3 实验步骤
        4.4.4 对实验误差的分析预测
    4.5 实验结果的分析研究
        4.5.1 求取实验误差的修正系数
        4.5.2 对水轮机转速和扭矩分析
        4.5.3 水轮机叶片运动过程分析
        4.5.4 水轮机水动力学性能分析
        4.5.5 增加导流结构后水动力学性能分析
    4.6 本章小节
第5章 聚能导流结构的设计与参数优化
    5.1 引言
    5.2 聚能导流结构的设计方案
        5.2.1 聚能导流结构的设计思路
        5.2.2 聚能导流结构的主要设计参数
    5.3 聚能导流结构水动力学特性的模拟方法
        5.3.1 数值模拟方法
        5.3.2 网格无关性验证
        5.3.3 模拟有效性验证
    5.4 对聚能导流罩设计参数的优化分析
        5.4.1 凹面增速段线型结构选择
        5.4.2 导流罩结构参数的优化
        5.4.3 导流罩安装参数的优化
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文工作及结论
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3751956