单约束圆柱海流能发电流致振动数值模拟研究

发布时间：2021-07-22 23:19

　　随着全球经济的高速发展,世界各国都在面临着地球不可再生资源日益不足的难题,寻找可替代绿色能源已经成为很多国家重点发展的方向。在诸多新型可再生能源中,海洋洋流能源以其规模庞大、分布广泛、蕴藏量丰富等优势备受各国能源开发者青睐。目前对海流能的利用主要采取的水下涡轮机的模式,但水下涡轮机启动流速均大于2m/s,其应用受到了限制。因此基于流致振动技术的低流速海流能发电得到了更多的关注和发展。本文从单约束圆柱海流能涡激振动发电原理研究出发,通过建立单约束圆柱体物理模型,进行CFD数值模拟研究,对数值模拟结果进行分析。利用开发的双自由度圆柱振子涡激振动捕能效率分析软件对相关参数进行分析。本文主要工作内容如下:（1）文章采用一种新颖的单约束圆柱装置,通过简化模型,将其转化为单圆柱绕流和流固耦合振动问题,采用N-S方程作为不可压缩粘性流体的控制方程,通过流体软件CFX对单约束圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,研究选取两种雷诺数（Re=224,3900）,对不可压缩粘性流体中的单个固定圆柱绕流和弹性支撑刚性单圆柱体分别进行了数值模拟。在圆柱体数值模拟研究中得到了单圆柱受力云图、流速分布图,压力系数,升阻力... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题的理论意义和实用价值
    1.2 国内外的研究现状和发展趋势
        1.2.1 圆柱体涡激振动模型实验研究进展
        1.2.2 涡激振动数值模拟研究进展
        1.2.3 基于涡激振动获取海流能的研究现状
    1.3 本文主要工作内容
    1.4 本文创新点
第2章 涡激振动基本理论分析及数值模拟概述
    2.1 涡激振动基本理论分析
        2.1.1 涡激振动的基本理论
        2.1.2 涡激振动相关无量纲参数
    2.2 基于流固耦合数值模拟方法概述
        2.2.1 不可压缩流体控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 数值求解方法
        2.2.4 双向流固耦合求解
    2.3 边界层
    2.4 半经验型圆柱体涡激振动模型
    2.5 本章小结
第3章 圆柱体绕流数值模拟计算
    3.1 引言
    3.2 建立计算模型及网格划分
        3.2.1 计算模型
        3.2.2 网格划分
    3.3 流体边界和运行参数设置
        3.3.1 流体边界设置
        3.3.2 运行参数设置
    3.4 数值模拟结果分析
        3.4.1 圆柱体的受力情况
        3.4.2 流场的流速分布
    3.5 本章小结
第4章 单约束圆柱体涡激振动数值模拟研究
    4.1 引言
    4.2 建立计算模型及网格划分
        4.2.1 计算模型
        4.2.2 网格划分
    4.3 网格以及时间步长的可靠性验证
        4.3.1 网格独立性验证
        4.3.2 时间步长选择及可靠性验证
    4.4 数值模拟结果分析
        4.4.1 圆柱体的受力情况
        4.4.2 圆柱体位移时程曲线
        4.4.3 圆柱体的尾流漩涡形态
    4.5 本章小结
第5章 单约束圆柱涡激振动中获取能量的参数分析
    5.1 引言
    5.2 能量捕获效率分析
    5.3 约化速度的取值范围
    5.4 系统阻尼比对捕能效率的影响
        5.4.1 算例验证
        5.4.2 系统阻尼比的结果分析
    5.5 质量比对捕能效率的影响
        5.5.1 算例验证
        5.5.2 质量比的结果分析
    5.6 质量阻尼比对捕获效率的影响
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3298101