水平轴潮流能捕获桨叶的设计与研究

发布时间：2021-03-02 17:54

　　化石能源日趋枯竭,生产、生活对能源的需求日渐增加,替代能源的开发和利用迫在眉睫。潮流能以其清洁、可再生、能量密度大、蕴藏丰富等突出优势逐步被世界所重视,并得到了积极开发。桨叶是水平轴潮流能捕获与发电装置的关键部件,用于将潮流能转化为机械能,其性能的高低直接关系到整个潮流发电装置的能量捕获效率。因此深入研究潮流能捕获桨叶动力学原理与模型,优化设计水平轴潮流能捕获装置桨叶专用翼型,高效捕获潮流能并将其转换为电能,对于优化我国的能源供给结构、缓解沿海地区的能源压力乃至改善生存环境具有深远意义。现有水平轴潮流能捕获桨叶的设计普遍参照风力发电机桨叶的设计模型,所用翼型也多为航空翼型和风力发电机专用翼型。针对这一现状,本文对现有主要流体能量捕获桨叶翼型的动力学特性进行了理论和数字仿真分析,发现在雷诺数不同的流体作用下,不同翼型的桨叶的动力学特性差异很大,风机叶轮流场的雷诺数远大于潮流能捕获桨叶流场的雷诺数,低流速小半径潮流能捕获桨叶升阻比仅为高流速大半径风机桨叶升阻比的40%,但潮流密度约为空气密度的794倍,单位面积潮流动能约为风能的6.35倍。因此,在潮流能捕获桨叶设计时必须充分考虑潮流的冲击... 

【文章来源】：宁波大学浙江省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 潮流能开发的背景与意义
    1.2 国内外水平轴潮流能利用技术的研究现状
    1.3 课题来源及研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 课题研究内容
    1.4 本章小结
2 潮流能发电装置桨叶设计的基本理论
    2.1 翼型的基本理论
        2.1.1 翼型的几何参数
        2.1.2 航空翼型与风力发电机专用翼型
        2.1.3 翼型的动力学特性
    2.2 桨叶捕获潮流能的基本理论
        2.2.1 贝兹理论
        2.2.2 尾迹涡流理论
        2.2.3 叶素动量理论
    2.3 桨叶的设计方法
        2.3.1 Glauert设计法
        2.3.2 Wilson设计法
    2.4 软件介绍
    2.5 本章小结
3 水平轴潮流能捕获桨叶的优化设计模型
    3.1 现有设计模型的误差分析
        3.1.1 翼型流场分析
        3.1.2 翼型的受力分析
    3.2 桨叶的动力学模型
        3.2.1 建立桨叶受水流冲击的动力学模型
        3.2.2 桨叶在流体绕翼流动作用下的动力学模型
    3.3 基于动量定理的桨叶动力学模型
    3.4 桨叶的动力学平衡方程
    3.5 本章小结
4 水平轴潮流能捕获桨叶翼型的性能分析与优化
    4.1 翼型的设计目标
    4.2 水平轴潮流能桨叶专用翼型的结构优化
        4.2.1 翼型特性分析
        4.2.2 翼型结构优化
        4.2.3 优化后翼型的升阻力系数仿真分析
    4.3 本章小结
5 水平轴潮流能捕获桨叶的设计制作及实验研究
    5.1 桨叶的基本设计参数
    5.2 Matlab计算诱导系数和外形参数
    5.3 桨叶三维模型构建
        5.3.1 翼型选择及二维坐标生成
        5.3.2 空间坐标求解及三维建模
        5.3.3 桨叶材料选择
    5.4 理论数值预测
    5.5 水槽实验
        5.5.1 桨叶的测试方案及设备介绍
    5.6 桨叶测试数据分析
    5.7 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于转矩补偿的风电变桨加载系统的研究及仿真[J]. 余清清,孙勇,周浩.  机电工程. 2014(11)
[2]一种新型垂直轴潮流能水轮机性能的初步研究[J]. 康海贵,谢宇,陈兵,郭伟,夏露.  可再生能源. 2014(09)
[3]潮流能自由变偏角水轮机自启动特性分析[J]. 张学伟,王树齐,庞程燕,张亮,盛其虎.  天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(05)
[4]基于叶素-动量理论的潮流能水平轴水轮机水动力性能分析[J]. 王树杰,陈存福,谭俊哲,袁鹏,周学志.  太阳能学报. 2014(04)
[5]矩形潮流能水轮机性能的实验研究[J]. 陈展,马勇,张亮,苏国卿.  华中科技大学学报(自然科学版). 2013(08)
[6]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟.  新能源进展. 2013(01)
[7]竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试[J]. 赵广,郭嘉楠,刘艳,宿晓辉,孙涛,杨冉升.  太阳能学报. 2013(07)
[8]竖轴水轮机三维水动力响应的数值模拟[J]. 康海贵,郭伟.  太阳能学报. 2013(03)
[9]水平轴风力机叶片扭角和弦长的理想分布[J]. 姜海波,曹树良,李艳茹.  太阳能学报. 2013(01)
[10]潮流能透平装置电液比例变桨距控制系统设计及其试验[J]. 马舜,李伟,刘宏伟,林勇刚.  电力系统自动化. 2010(19)

博士论文
[1]水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究[D]. 马舜.浙江大学 2011
[2]水平轴海流能发电机械关键技术研究[D]. 刘宏伟.浙江大学 2009

硕士论文
[1]水平轴潮流能发电装置桨叶设计的关键技术研究[D]. 李浩.太原科技大学 2014
[2]潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究[D]. 陈存福.中国海洋大学 2012
[3]基于FLUENT的风力发电机流场仿真研究[D]. 张福成.大连理工大学 2012
[4]潮流能开发利用标准体系研究[D]. 张瑞.中国海洋大学 2012
[5]水平轴潮流能发电机械叶片设计及特性分析[D]. 徐学涛.浙江大学 2012
[6]水平轴潮流水轮机叶片设计和模型试验研究[D]. 王俭超.中国海洋大学 2011
[7]水平轴海流能发电机械水动力性能的研究[D]. 辛小鹏.浙江大学 2010
[8]潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D]. 鹿兰帅.中国海洋大学 2009
[9]水平轴风力机风轮气动数值模拟及性能计算[D]. 刘楠.西安理工大学 2008



本文编号：3059684