水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

发布时间：2020-07-08 08:47

【摘要】：水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核；然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单转子、串列布置双转子的水动力性能；研究了海底边界层速度分布、波浪对海流机水动力性能的影响；最后分析了海流机的空化性能。对计算结果分析发现：线涡流函数面元法可以有效预测海流机翼剖面的水动力特性,结合叶素动量法可以对海流机性能进行初步的校核；对单转子海流机性能的预测发现,LES模型和SA模型都能够较好地预测海流机在设计工况下的水动力性能；对于本文中所研究的串列布置的双转子海流机,间距对水动力特性的影响较大,而初始相位角对水动力特性的影响较小,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,其间距需达到30倍的叶轮直径以上；海底边界层会引起海流机水动力特性周期性的变化,其频率特性与转动频率一致；波浪也会引起海流机周水动力特性期性的变化,其频率主要受波浪频率的影响,同时也受到转动频率的影响；数值预测的海流机的初生空化数为0.84与实验初生空化数接近,而且空泡的形态也与实验结果一致。本文所发现的有关海流机水动力特性的规律,为海流机的优化设计和安全运行提供了新思路；采用三维粘性流场数值计算方法来预测海流机的性能,为海流机发电的进一步研究提供了参考。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P743.1
【图文】：

风能发电,风力机

海上风能发电其作用原理是风力机在海上风场中旋转捕获海上空气的流体动能。由于海洋上没有障碍物的阻挡，很容易形成较大的气流，并且海洋环境开阔，可以进行大规模的海上风力发电。海洋上风力发电的形式如图1.1所示，目前国内外的风力发电发展很快，而且从陆地走向了海洋，现在风力发电做的最好的属于丹麦，我国的风力发电技术很多都是跟国外合作。波浪能发电的原理是将海洋波浪的动能通过特定的波动装置捕获。波浪能在海洋总体能量中所占的比例较大，由于海水的波浪运动会产生十分巨大的能量，波浪能发电也具有广大的前景。波浪能发电主要采用摆动形式的发电机械。

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垂直轴(参照水轮机设计)海流发电机械和水平轴(由风力机设计概念出发)海流发电机械。海流发电技术刚刚起步，并具有广阔的市场前景，本文重点研究水平轴海流发电机械，其具体形式如图1.2所示。这种形式的海流机可以一定程度上参考风力机的设计，但有其特殊性。(a)英国MCT海流发电机{，I(b)美国verdant海流发电机[3]图1.2水平轴海流发电机械(海流机)1.2研究现状对于海流能发电的研究国内外还处于初期的探索和小规模试验阶段，近几年由于能源的紧缺，加速了海流发电机械相关关键技术的研究，海流发电项目也开始朝着大规模商业化方向发展。

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行了数值模拟与实验验证，获得了在不同攻角和流速下，功率系数和阻力系数随着端速比 (TsR)变化的趋势，并进一步分析了并列双转子的影响}81关于买验研究，英国南妥普顿大学已经进行了一些深入的探究，如图1.3所示:将水平轴海流发电机械按比例1:20缩放后，放入到空化水洞和拖曳水池中实验，通过扭矩计和推力计来测量功率系数和阻力系数;通过皮托管测量速度，通过侧壁面的工作段测量压力，速度和压力的精确度可达到1%。空化初生通过降低通道内的压力和提高叶轮转速来实现，空泡现象通过强光照射，使用高速摄像机记录[8l。ELPonta和Femand。研究了增加外壳的海流机的性能，即通过添加一个降压提速的外壳来增加冲击叶轮的来流速度，虽然能够应用在低海流速度的区域，但极大地增加了建造的成本[l’·’21。Alessandr。进一步研究了海流机的控制机构，为海流机的控制提供了基本方案【’“】。

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