不同截面形状柱体流激振动数值模拟及能量转换分析
发布时间：2021-05-20 17:43
由于化石资源不可再生,且日渐枯竭,而潮流能作为绿色清洁能源,主要具有可再生性、可预测性、可观的蕴藏量等特点,逐渐成为世界研究及开发重点。基于流激振动的水流动能转换技术是一个相对较新的概念,利用该技术可在低流速环境中利用流激振动现象从周围流场中提取水流动能,并将其转换为电能等其它形式的可利用能源。目前,针对流激振动发电装置的研究绝大部分是围绕圆柱的涡激振动展开。柱体几何特性是研究流激振动过程中一个重要影响因素,柱体流激振动特性会因截面形状的改变而存在很大不同。本文通过对五种不同截面形状柱体进行数值模拟分析,对不同截面柱体在水流作用下振动响应、柱体受力、尾流旋涡形态、获能功率及效率进行了计算,为深入研究分析高阻尼高雷诺数下“柱体-水流”相互作用机制和流激振动水流发电装置的设计提供参考依据。本文选取圆形、方形、类梯形、梯形和T字形五种截面形式进行研究。为了更好地比较不同截面形状的柱体的流激振动特性和能量转换特性,对不同形状柱体的参数进行精心设计,使不同截面形状的柱体质量比、阻尼比、同一流速下的雷诺数和约化速度等重要无量纲参数均保持一致。采用有限元软件ADINA 对各柱体流激振动进行数值模拟,...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 流激振动
1.2.2 能量转换
1.2.3 圆柱流激振动
1.2.4 不同截面形状柱体流激振动
1.2.5 存在的问题
1.3 本文研究的主要内容
第二章 基本理论与研究方法
2.1 流激振动基本理论
2.2 主要无量纲参数
2.3 本文研究方法
2.4 本章小结
第三章 数值模型建立与验证
3.1 基本控制方程
3.1.1 流体动力学方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 柱体振动方程
3.1.4 流固耦合模型
3.2 数值计算方法
3.2.1 有限体积离散
3.2.2 离散格式
3.2.3 流固耦合求解
3.3 计算区域及网格划分
3.4 能量转换功率及效率计算
3.5 数值模型验证
3.6 本章小结
第四章 不同截面形状柱体流激振动数值模拟
4.1 不同截面形状柱体振动响应分析
4.1.1 位移时程曲线及频谱分析
4.1.2 振幅比
4.1.3 频率比
4.2 不同截面形状柱体尾流漩涡形态
4.2.1 圆柱的尾流漩涡形态
4.2.2 方柱的尾流漩涡形态
4.2.3 类梯形柱的尾流漩涡形态
4.2.4 梯形柱的尾流漩涡形态
4.2.5 T字形柱的尾流漩涡形态
4.3 不同截面形状柱体水动力特性
4.3.1 升力系数
4.3.2 阻力系数
4.3.3 升阻系数比
4.4 不同截面形状柱体能量转换分析
4.4.1 能量获取功率
4.4.2 能量转换效率
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录A (攻读学位期间发表论文目录)
附录B (攻读学位期间从事科研项目目录)
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡激振动发电装置水动力及功率特性实验研究[J]. 李小超,徐伟,周熙林,赵利平. 浙江大学学报(工学版). 2018(07)
[2]水流-圆柱-发电机动力相互作用量纲分析及实验装置[J]. 李小超,周熙林,赵利平. 实验力学. 2017(01)
[3]不同截面形式振子的流致振动试验[J]. 燕翔,练继建,刘昉,张军,张梦溪. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[4]涡激振动潮流能转换装置获能实验研究[J]. 袁鹏,陈东旺,王树杰,孙飞. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(10)
[5]高雷诺数范围内不同形状柱体流致振动特性研究[J]. 丁林,张力,姜德义. 振动与冲击. 2015(12)
[6]外界载荷对圆柱涡激振动能量转换的影响[J]. 王军雷,冉景煜,张智恩,张力,蒲舸,丁林. 浙江大学学报(工学版). 2015(06)
[7]圆柱涡激振动研究进展与展望[J]. 及春宁,李非凡,陈威霖,宋晓阳. 海洋技术学报. 2015(01)
[8]影响从涡激振动中获取能量的参数研究[J]. 罗竹梅,张立翔. 振动与冲击. 2014(09)
[9]基于频率响应法海底悬跨管涡激振动分析[J]. 李小超,王永学. 海洋工程. 2009(04)
[10]不同截面形状柱体流致振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 工程力学. 2009(04)
博士论文
[1]基于流机电多物理场耦合下涡激振动能量收集模型及特性[D]. 王军雷.重庆大学 2014
[2]海洋立管涡致耦合振动CFD数值模拟研究[D]. 赵婧.中国海洋大学 2012
[3]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
硕士论文
[1]不同截面形状柱体流致振动特性实验研究[D]. 胡德江.重庆大学 2016
[2]潮流能转换装置阻尼条件下圆柱振子涡激振动现象研究[D]. 武爽.中国海洋大学 2015
[3]不同截面形状柱体流致振动及能量转换特性[D]. 李恒.重庆大学 2015
[4]近流线型断面涡激振动数值模拟[D]. 郭春平.长安大学 2012
[5]圆柱和方柱绕流及矩形柱涡激振动的二维数值分析[D]. 余化军.天津大学 2012
本文编号：3198171
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 流激振动
1.2.2 能量转换
1.2.3 圆柱流激振动
1.2.4 不同截面形状柱体流激振动
1.2.5 存在的问题
1.3 本文研究的主要内容
第二章 基本理论与研究方法
2.1 流激振动基本理论
2.2 主要无量纲参数
2.3 本文研究方法
2.4 本章小结
第三章 数值模型建立与验证
3.1 基本控制方程
3.1.1 流体动力学方程
3.1.2 湍流模型
3.1.3 柱体振动方程
3.1.4 流固耦合模型
3.2 数值计算方法
3.2.1 有限体积离散
3.2.2 离散格式
3.2.3 流固耦合求解
3.3 计算区域及网格划分
3.4 能量转换功率及效率计算
3.5 数值模型验证
3.6 本章小结
第四章 不同截面形状柱体流激振动数值模拟
4.1 不同截面形状柱体振动响应分析
4.1.1 位移时程曲线及频谱分析
4.1.2 振幅比
4.1.3 频率比
4.2 不同截面形状柱体尾流漩涡形态
4.2.1 圆柱的尾流漩涡形态
4.2.2 方柱的尾流漩涡形态
4.2.3 类梯形柱的尾流漩涡形态
4.2.4 梯形柱的尾流漩涡形态
4.2.5 T字形柱的尾流漩涡形态
4.3 不同截面形状柱体水动力特性
4.3.1 升力系数
4.3.2 阻力系数
4.3.3 升阻系数比
4.4 不同截面形状柱体能量转换分析
4.4.1 能量获取功率
4.4.2 能量转换效率
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
附录A (攻读学位期间发表论文目录)
附录B (攻读学位期间从事科研项目目录)
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡激振动发电装置水动力及功率特性实验研究[J]. 李小超,徐伟,周熙林,赵利平. 浙江大学学报(工学版). 2018(07)
[2]水流-圆柱-发电机动力相互作用量纲分析及实验装置[J]. 李小超,周熙林,赵利平. 实验力学. 2017(01)
[3]不同截面形式振子的流致振动试验[J]. 燕翔,练继建,刘昉,张军,张梦溪. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[4]涡激振动潮流能转换装置获能实验研究[J]. 袁鹏,陈东旺,王树杰,孙飞. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(10)
[5]高雷诺数范围内不同形状柱体流致振动特性研究[J]. 丁林,张力,姜德义. 振动与冲击. 2015(12)
[6]外界载荷对圆柱涡激振动能量转换的影响[J]. 王军雷,冉景煜,张智恩,张力,蒲舸,丁林. 浙江大学学报(工学版). 2015(06)
[7]圆柱涡激振动研究进展与展望[J]. 及春宁,李非凡,陈威霖,宋晓阳. 海洋技术学报. 2015(01)
[8]影响从涡激振动中获取能量的参数研究[J]. 罗竹梅,张立翔. 振动与冲击. 2014(09)
[9]基于频率响应法海底悬跨管涡激振动分析[J]. 李小超,王永学. 海洋工程. 2009(04)
[10]不同截面形状柱体流致振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 工程力学. 2009(04)
博士论文
[1]基于流机电多物理场耦合下涡激振动能量收集模型及特性[D]. 王军雷.重庆大学 2014
[2]海洋立管涡致耦合振动CFD数值模拟研究[D]. 赵婧.中国海洋大学 2012
[3]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
硕士论文
[1]不同截面形状柱体流致振动特性实验研究[D]. 胡德江.重庆大学 2016
[2]潮流能转换装置阻尼条件下圆柱振子涡激振动现象研究[D]. 武爽.中国海洋大学 2015
[3]不同截面形状柱体流致振动及能量转换特性[D]. 李恒.重庆大学 2015
[4]近流线型断面涡激振动数值模拟[D]. 郭春平.长安大学 2012
[5]圆柱和方柱绕流及矩形柱涡激振动的二维数值分析[D]. 余化军.天津大学 2012
本文编号：3198171
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