DUTTCT_H120水平轴潮流能水轮机叶片设计与分析

发布时间：2017-09-10 19:03

  本文关键词：DUTTCT_H120水平轴潮流能水轮机叶片设计与分析

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【摘要】：随着能源压力和环境压力的日益增加,开发新的可再生能源变得尤为重要,而占地球面积70%以上的海洋蕴藏的能源更是受到了极大的关注,国内外近岸能源的开发得到了极大的发展。潮流能作为一种可预测性强,能量密度高,不产生用地冲突的能源具有极大的开发价值,而国内130余条适于潮流能开发的黄金水道更为我国潮流能开发提供了极大的便利。潮流能水轮机作为主要的获能机构,国外已经发展至兆瓦级,而国内鲜见有关工作。本文以120kW的水平轴潮流能水轮机的开发为背景开展了论文工作。在原有小功率水轮机研究的基础上通过比尺放大原1kW水轮机得到DUTTCT_H120A的设计方案。根据BEM方法和Wilson方法编写叶片设计程序,使用程序设计120kW水平轴潮流能水轮机,分析设计结果进一步得到B,C两种设计方案。DUTTCT_H120B在A型水轮机的基础上参考BEM设计方法和Wilson方法的设计结果通过缩短叶片弦长降低了水轮机密实度,DUTTCT_H120C则通过调整叶片中、前段的安装角得到。针对三种设计方案使用CFD和CSD以及实验方法对水轮机的流体、结构性能做出了综合评价。DUTTCT_H120A型水轮机延续了之前小功率水轮机的工作特点：输出效率高,高效区间宽阔。DUTTCT H120B型水轮机由于密实度的降低输出功率略受影响,但是叶片工作区和尾流的流场的优化效果明显,并且B型水轮机在三款水轮机中结构的安全性最高。s805A翼型表现良好,能够综合协调水动力性能和结构要求。锰青铜材料在初步结构强度校核过程中满足要求。
【关键词】：水平轴潮流能水轮机 DUTTCT 叶片设计 CFD CSD
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK730.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 研究背景及研究意义9
• 1.2 潮流能9-12
• 1.2.1 引言9-10
• 1.2.2 国内潮流能蕴含情况10-11
• 1.2.3 国外潮流能蕴含情况11-12
• 1.3 潮流能技术究现状12-18
• 1.3.1 潮流能技术的优势与限制12-13
• 1.3.2 国内潮流能技术的发展13-16
• 1.3.3 国外潮流能技术的发展(ARC)16-18
• 1.4 潮流能获能装置18-20
• 1.4.1 水平轴潮流能水轮机18-19
• 1.4.2 竖直轴潮流能水轮机19
• 1.4.3 震荡式潮流能水轮机19-20
• 1.5 课题组潮流能水轮机发展20-22
• 1.6 本文工作要点22-24
• 2 基本理论24-38
• 2.1 静止圆盘理论24-27
• 2.1.1 动量定理25-26
• 2.1.2 功率系数26
• 2.1.3 贝兹极限26
• 2.1.4 推力系数26-27
• 2.2 转动圆盘理论27-30
• 2.2.1 尾迹转动27-28
• 2.2.2 角动量定理28-29
• 2.2.3 最大功率29-30
• 2.2.4 尾流结构30
• 2.3 转子叶片理论30-34
• 2.3.1 叶素理论30-32
• 2.3.2 叶素-动量定理(BEM方法)32-33
• 2.3.3 转子力矩和功率的确定33-34
• 2.4 叶片设计方法34-37
• 2.4.1 简化法34-35
• 2.4.2 Glauert法35-36
• 2.4.3 Schmitz法36
• 2.4.4 Wilson法36-37
• 2.4.5 BEM法37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 DUTTCT_H120水轮机叶片设计38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 潮流能水轮机翼型38-43
• 3.2.1 翼型基本概念38-39
• 3.2.2 潮流能水轮机翼型发展概况39-40
• 3.2.3 NREL系列翼型40-41
• 3.2.4 X_foil在叶片设计中的应用41-43
• 3.3 120kW水轮机叶片设计43-48
• 3.3.1 Wilson法设计120kW水轮机43-45
• 3.3.2 BEM法设计120kW水轮机45-46
• 3.3.3 DUTTCT_H120A水轮机46-47
• 3.3.4 DUTTCT_H120B水轮机47-48
• 3.3.5 DUTTCT_H120C水轮机48
• 3.4 水轮机叶片建模48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 DUTTCT_H120水轮机叶片分析50-77
• 4.1 MRF控制方程50-51
• 4.2 DUTTCT_H120A潮流能水轮机工作特性曲线51-54
• 4.2.1 模型设置51-52
• 4.2.2 网格收敛性52-53
• 4.2.3 DUTTCT_H120工作特性曲线53-54
• 4.3 DUTTCT_H120的CFD计算结果及分析54-60
• 4.3.1 尾流分析54-57
• 4.3.2 水轮机截面速度分布57-58
• 4.3.3 水轮机表面压力分布58-59
• 4.3.4 叶片截面流线59-60
• 4.4 DUTTCT_H120的CSD计算结果及分析60-75
• 4.4.1 结构钢计算结果61-68
• 4.4.2 锰青铜计算结果68-75
• 4.5 本章小结75-77
• 5 水轮机模型实验77-81
• 5.1 实验平台77-79
• 5.1.1 水轮机主体77-78
• 5.1.2 偏航系统78
• 5.1.3 测试系统78-79
• 5.2 实验方案79-80
• 5.3 实验结果对比80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论与展望81-82
• 参考文献82-85
• 附录A Wilson方法设计水轮机叶片程序85-87
• 附录B BEM方法设计水轮机叶片程序87-89
• 附录C 水轮机叶片快速成型程序89-91
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况91-92
• 致谢92-93

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本文编号：826051