双向潮流能水平轴水轮机翼型设计及性能分析

发布时间：2020-01-31 16:12

【摘要】：潮流能作为一种新的可再生能源研究热点,具有能量密度大、噪声小、可预测等特点,但现有的潮流能水轮机大多还仅能单向运行,造成了能源浪费。因此鉴于潮流能利用的实际情况,开发双向潮流能水轮机势在必行,其中可逆翼型则成为了问题的关键。本文以传统的NACA翼型系列为基础,对比分析了不同几何因素对翼型性能的影响,得出了性能较优的不同弯度的两种翼型。采用反向对接法对可逆翼型进行设计,研究了其水力特性。并采用该可逆翼型对小型双向潮流能水轮机进行设计,以验证可逆翼型设计方法的可行性。(1)对二维翼型绕流的数值模拟方法进行了研究,对其计算过程中的各步骤选择方式进行了探讨。以NACA4412为算例,验证了数值模拟方法的正确性。采用该方法分别对不同几何因素下的4组翼型进行了数值模拟,详细对比分析了各几何因素对翼型性能的影响。(2)选择了性能较优的两款翼型。通过截取翼型头部的不同长度的反向对接法得到了新的可逆翼型,并对其进行了潮流能水轮机设计工况下的数值模拟。计算结果表明新翼型的水力特性虽然有所降低,但由于其满足双向运行需求,因此实际上提升了运行效率。(3)基于Wilson设计理论,应用Matlab优化工具箱中的fmincon函数,以最大能量利用系数为目标,考虑叶尖损失对叶片性能的影响,得到了叶片参数。运用CFX软件模拟了其在不同流速下的功率,得到了能量利用系数随来流速度的变化曲线,对比得出了性能较优的叶轮模型,验证了可逆翼型设计方法的可行性。综上,采用反向对接法设计的可逆翼型可较好地应用于双向潮流能水轮机,从而得到能量利用系数满足设计要求的结果。该方法可为双向机型的后续发展提供参考依据。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P743.3

【参考文献】

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本文编号：2575087