小型潮流能发电关键技术研究
本文关键词: 小型潮流能叶轮 失速翼型 叶素动量理论 流固耦合 样机试验 出处:《国家海洋技术中心》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:潮流能发电是当今世界解决能源需求、环境保护、社会可续发展的重要途径,小型实用化作为潮流能发电趋势之一,不仅在广阔的海域具有应用前景,还可为海洋观测设备水下能源供给提供新型解决方案。针对小型装置的功率限定问题,本文开展小型潮流能发电样机的设计与研究工作,着重研究决定样机性能的叶轮设计,重点解决小型叶轮设计参数确定、失速型翼型选择与特性计算、小型叶轮设计与性能分析、叶轮流固耦合分析等关键技术问题,并对设计样机进行试验验证。基于我国海域海况,采用理论及数值模拟方法对小型潮流能发电样机的总体设计参数进行研究,分析确定了包括设计流速、叶轮直径、叶片数、设计尖速比等小型叶轮的关键技术参数,以及发电机选型和密封箱体设计的参考准则。针对国内均采用失速性能较差的NCAC翼型进行定桨设计的现状,选择专为定桨叶轮设计的失速型翼型S809、FFA-W3-241、RIS?-A1-21并结合NACA63-418进行对比研究与翼型特性计算,并分析各种数值模拟算法在翼型特性计算上的准确性及常用数值外推方法的适用性。基于现有设计理论,分别对四种叶轮叶片进行水动力外形设计及性能分析。设计和分析结果表明:RIS?-A1-21叶轮的输出特性曲线最符合设计要求,功率降低发生较早、最大输出功率较小、能较快达到稳定功率输出状态且稳定输出功率接近额定输出功率。对样机进行结构设计,并采用流固耦合分析方法对装置关键部件——叶片进行强度分析:CFD分析为结构分析提供流体动力载和识别极端载荷工况,并对计算工况下的输出特性、空化特性、流场特性进行分析;静结构分析对极端载荷工况下的叶轮结构强度和刚度进行校验,并开展导入流体载荷的网格敏感性研究;模态分析对叶轮结构的固有频率和振型进行了分析计算。为验证设计样机性能,对样机进行试验研究,并将试验结果与叶素动量理论计算结果及CFD结果进行对比。试验结果表明,在试验验证尖速比下,试验结果与理论计算结果、CFD计算结果均吻合较好。
[Abstract]:Tidal current power generation is an important way to solve the energy demand, environmental protection and social sustainable development in the world today. As one of the trends of tidal power generation, small-scale practical power generation not only has the application prospect in the vast sea area. It can also provide a new solution for underwater energy supply of marine observation equipment. Aiming at the power limitation problem of small devices, the design and research work of small power generation prototype is carried out in this paper, and the impeller design that determines the performance of the prototype is studied emphatically. The key technical problems, such as the determination of design parameters of small impeller, the selection and characteristic calculation of stall airfoil, the design and performance analysis of small impeller, the coupling analysis of rotating blade and solid, etc. Based on the sea conditions of our country, the overall design parameters of the prototype are studied by using the theory and numerical simulation method, and the design velocity, the diameter of impeller, the number of blades are analyzed and determined. The key technical parameters of small impeller design, such as tip speed ratio, as well as the reference criteria for generator selection and seal box design, are discussed. Aiming at the current situation of NCAC airfoil with poor stall performance, the design of fixed propeller is carried out in China. Select the stall type airfoil S809 FFA-W3-241 RIS designed for a fixed blade wheel. A1-21 is compared with NACA63-418 to calculate the airfoil characteristics, and the accuracy of various numerical simulation algorithms and the applicability of common numerical extrapolation methods are analyzed, based on the existing design theory, the accuracy of the numerical simulation algorithms and the applicability of the commonly used numerical extrapolation methods are analyzed. The hydrodynamic profile design and performance analysis of four kinds of impeller blades were carried out respectively. The output characteristic curve of the A1-21 impeller meets the design requirements most, the power reduction occurs earlier, the maximum output power is smaller, the stable output power can reach the stable power output state quickly and the steady output power is close to the rated output power. The structure of the prototype is designed. Using the fluid-solid coupling analysis method to analyze the strength of the vane, a key component of the device, the CFD analysis provides the hydrodynamic load and identifies the extreme load conditions for the structural analysis. The output characteristics and cavitation characteristics under the calculation condition are also discussed. Static structure analysis is used to check the strength and stiffness of impeller structure under extreme load condition, and the grid sensitivity of introducing fluid load is studied. Modal analysis was carried out to analyze and calculate the natural frequency and mode shape of impeller structure. In order to verify the performance of the prototype, the prototype was tested and studied. The experimental results are compared with the theoretical results of leaf element momentum and the results of CFD. The experimental results show that the experimental results are in good agreement with the calculated results of theoretical calculation.
【学位授予单位】:国家海洋技术中心
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P743.3
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 丁晓;李洪远;;潮流能发电的潜在环境影响及其评价指标体系研究[J];海洋经济;2011年04期
2 张瑞;吕忻;郭佩芳;;我国潮流能资源调查与评估标准问题的研究[J];太阳能学报;2012年S1期
3 王项南;王静;李雪临;朱锐;路宽;吴迪;杨磊;苑苓苓;;潮流能发电系统性能评估方法研究[J];海洋技术;2013年03期
4 吕新刚;乔方利;;海洋潮流能资源估算方法研究进展[J];海洋科学进展;2008年01期
5 王刚;厉文超;王树杰;王建国;李坤;;海洋潮流能发电机组控制系统开发[J];电力系统自动化;2010年14期
6 吕新刚;乔方利;赵昌;夏长水;;海洋潮流能资源的数值估算——以胶州湾口为例[J];太阳能学报;2010年02期
7 巩冰;朱丽娟;游江;;海洋潮流能发电系统的控制技术研究[J];电测与仪表;2010年08期
8 李波;李龙;杨丽;杨雪林;肖玉平;;潮流能的利用及研究状况[J];太阳能;2010年09期
9 唐志波;韩志;丁广佳;姜云鹏;龚希武;王晋宝;;采用二维潮流数值模拟估算海洋潮流能资源储量[J];交通世界(运输.车辆);2012年08期
10 张健;宣耀伟;章正国;郑新龙;;舟山潮流能发电分析[J];中国水运(下半月);2012年11期
相关会议论文 前10条
1 王树杰;尹克金;李淑一;李冬;;风浪流联合载荷作用下潮流能发电实验平台稳定性研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
2 傅涌廷;;杭州湾潮流能开发设想[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
3 张雪明;徐明奇;朱挽强;;自变距双向流潮流能电站专用水平轴透平设计[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
4 鲍献文;王勇智;;加强潮流能发电的研究与开发[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
5 侯放;于华明;鲍献文;;基于高分辨率数值模型的舟山群岛海域潮流能资源分析[A];中国可再生能源学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 吕新刚;乔方利;夏长水;;潮流能资源的数值估算:以胶州湾口为例[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
7 赵龙武;王树杰;李冬;;国内外潮流能利用技术现状与发展[A];第二届全国海洋能学术研讨会论文集[C];2009年
8 刘宏伟;李伟;林勇刚;马舜;;基于液压传动的潮流能发电装置及其变桨距机构研究[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
9 王刚;王树杰;王建国;李坤;;潮流能发电实验平台检测控制系统研究[A];第二届全国海洋能学术研讨会论文集[C];2009年
10 刘宏伟;李伟;林勇刚;;海/潮流能发电装置叶片翼形优化及气蚀研究[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
相关重要报纸文章 前8条
1 国家海洋技术中心主任 罗续业;我国潮流能开发利用前景光明[N];中国海洋报;2010年
2 国家海洋技术中心 罗续业;潮流能:部分已实现并网输电[N];中国海洋报;2010年
3 记者 沈良中 县报道组 赵红泽 傅元元;湍急海潮送电来[N];浙江日报;2005年
4 记者 方智斌 金春玲 市民记者 杨岱斌;托起海洋新能源的明天[N];舟山日报;2011年
5 记者 林上军;舟山:畅想海上“大三峡”[N];浙江日报;2010年
6 仲文玉;高性能复材叶片用于海上潮流能发电[N];中国建材报;2013年
7 张弘_" 孙科;“海能-Ⅰ”号赶潮流 运行态势良好[N];中国船舶报;2013年
8 记者 朱申路 通讯员 张舒 王一;潮流能发电向产业化又近一步[N];舟山日报;2014年
相关博士学位论文 前4条
1 马舜;水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究[D];浙江大学;2011年
2 张萧;共水平轴潮流能自变距双透平技术研究[D];东北师范大学;2013年
3 郭伟;新型竖轴潮流能转换装置数值与试验研究[D];大连理工大学;2014年
4 徐明奇;潮流能直驱式海水淡化装置技术及仿真研究[D];东北师范大学;2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 吕忻;潮流能资源调查与评估标准研究[D];中国海洋大学;2011年
2 安佰娜;潮流能发电场尾流场数值模拟及其多机组影响规律研究[D];中国海洋大学;2012年
3 袁金雄;潮流能提取水动力响应数值研究[D];浙江大学;2012年
4 高连胜;锚定式潮流能发电系统及其控制器研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 叶青;潮流能发电装置电力输出性能监测评估[D];华北电力大学;2015年
6 夏海南;潮流能发电装置功率特性测试分析方法研究[D];大连海洋大学;2015年
7 宋文龙;水平轴潮流能水轮机叶片的优化设计及实验性能研究[D];北京化工大学;2015年
8 朱斌;水平轴潮流能捕获桨叶的设计与研究[D];宁波大学;2015年
9 吴霞;低流速潮流能捕获机构导流装置性能研究[D];太原科技大学;2014年
10 王丹丹;水平轴潮流能发电水轮机尾流场效应及其影响规律研究[D];中国海洋大学;2015年
,本文编号:1519647
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/1519647.html