液态金属磁流体发电性能数值模拟研究
发布时间：2021-05-22 22:09
发展清洁可再生能源是满足经济发展的能源需求,改善能源消费结构的必由之路,我国潮流能资源丰富,开发潮流能具有重要意义。液态金属磁流体发电技术应用于潮流能捕获装置,能够取代传统旋转式发电机,减少能量转换过程,大幅简化装置结构。本文重点研究液态金属磁流体发电机理,探索基于Fluent软件的数值模拟方法,分析发电通道特性,对双通道联动液态金属磁流体发电进行研究。首先,基于基本假设,耦合流体力学方程与电磁学方程,建立液态金属磁流体控制方程;针对电流密度矢量的求解给出诱导磁场法和电势法两种方法;通过对霍尔参数的估算,确定采用连续电极法拉第型液态金属磁流体发电机。然后,建立三维矩形截面发电通道模型,基于Fluent软件MHD模块,分别选用诱导磁场法和电势法研究空载特性和负载特性,采用修正的κ-ε湍流模型和SIMPLE算法进行求解,并通过两个文献算例验证了数值模拟方法的正确性;而后从能量结构推算出发电功率与效率。其次,定义速度剖面波动程度和端部效应影响因子,分析磁感应强度、入口速度、通道宽度和相互作用参数等对液态金属磁流体发电通道的动力学及电磁学特性的影响规律。研究结果表明:通道参数改变,速度剖面波动...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 液态金属磁流体发电研究概况
1.2.1 磁流体发电
1.2.2 热力学循环液态金属磁流体发电
1.2.3 直接驱动式液态金属磁流体发电
1.3 液态金属磁流体发电关键技术研究进展
1.3.1 发电通道特性
1.3.2 研究方法
1.4 研究内容及意义
第2章 液态金属磁流体发电理论
2.1 液态金属磁流体发电基本原理
2.2 液态金属磁流体控制方程
2.2.1 基本假设
2.2.2 控制方程
2.2.3 边界条件
2.3 电流密度矢量求解方程
2.3.1 诱导磁场法
2.3.2 电势法
2.4 相似参数
2.5 本章小结
第3章 液态金属磁流体发电数值模拟方法
3.1 Fluent MHD模块介绍
3.2 计算模型
3.2.1 物理模型与网格划分
3.2.2 参数设置
3.3 数值模拟方法验证
3.3.1 Hunt算例
3.3.2 Kobayashi算例
3.4 发电参数计算
3.4.1 电学参数
3.4.2 能量结构
3.5 本章小结
第4章 液态金属磁流体发电通道特性分析
4.1 通道参数
4.2 动力学特性分析
4.2.1 磁感应强度
4.2.2 入口速度
4.2.3 通道宽度
4.2.4 相互作用参数
4.3 电磁学特性分析
4.3.1 感应电动势
4.3.2 端部效应
4.3.3 电磁功率及效率
4.3.4 负载特性
4.4 本章小结
第5章 双通道联动液态金属磁流体发电研究
5.1 双联动液态金属磁流体发电介绍
5.2 双通道仿真模型
5.3 直流双发电通道特性
5.3.1 空载特性
5.3.2 负载特性
5.4 交流双联动发电通道的运行特性
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间取得的学术成果
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]两相流磁流体发电机的性能研究[J]. 曹嘉彬,黄护林,朱桂平,李林永,李来. 机械工程学报. 2018(08)
[2]潮流能研究现状2015——水动力学[J]. 张亮,尚景宏,张之阳,姜劲,王晓航. 水力发电学报. 2016(02)
[3]液态金属磁流体发电机中固液金属界面接触电阻的研究[J]. 刘艳娇,夏琦,李然,赵凌志,彭燕. 电测与仪表. 2014(22)
[4]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)
[5]新型液态金属磁流体发电机的等效电路模型[J]. 赵凌志,彭燕,沙次文,李然,许玉玉,李建,刘保林. 电力自动化设备. 2011(12)
[6]基于波浪能转换的液态金属磁流体发电机的性能分析(英文)[J]. 肖腾,彭燕,赵凌志,许玉玉,刘保林,李建,李然. 现代科学仪器. 2011(03)
[7]一种阀式磁流体波浪能直接发电系统的研究[J]. 李建,赵凌志,刘保林,彭燕,沙次文,许玉玉,李然. 机床与液压. 2010(16)
[8]海洋能发电技术的发展现状与前景[J]. 游亚戈,李伟,刘伟民,李晓英,吴峰. 电力系统自动化. 2010(14)
[9]浅析磁流体发电技术[J]. 孔庆毅,李淑英,李晓明. 东北电力技术. 2009(09)
[10]磁流体发电技术的回顾与展望[J]. 杨爱勇,王心亮,顾■. 煤气与热力. 2003(01)
硕士论文
[1]双水翼联动捕获潮流能发电系统设计与水动力分析[D]. 黄凤跃.山东大学 2017
[2]液态金属磁流体发电机优化设计[D]. 曹嘉彬.南京航空航天大学 2017
本文编号：3201743
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 液态金属磁流体发电研究概况
1.2.1 磁流体发电
1.2.2 热力学循环液态金属磁流体发电
1.2.3 直接驱动式液态金属磁流体发电
1.3 液态金属磁流体发电关键技术研究进展
1.3.1 发电通道特性
1.3.2 研究方法
1.4 研究内容及意义
第2章 液态金属磁流体发电理论
2.1 液态金属磁流体发电基本原理
2.2 液态金属磁流体控制方程
2.2.1 基本假设
2.2.2 控制方程
2.2.3 边界条件
2.3 电流密度矢量求解方程
2.3.1 诱导磁场法
2.3.2 电势法
2.4 相似参数
2.5 本章小结
第3章 液态金属磁流体发电数值模拟方法
3.1 Fluent MHD模块介绍
3.2 计算模型
3.2.1 物理模型与网格划分
3.2.2 参数设置
3.3 数值模拟方法验证
3.3.1 Hunt算例
3.3.2 Kobayashi算例
3.4 发电参数计算
3.4.1 电学参数
3.4.2 能量结构
3.5 本章小结
第4章 液态金属磁流体发电通道特性分析
4.1 通道参数
4.2 动力学特性分析
4.2.1 磁感应强度
4.2.2 入口速度
4.2.3 通道宽度
4.2.4 相互作用参数
4.3 电磁学特性分析
4.3.1 感应电动势
4.3.2 端部效应
4.3.3 电磁功率及效率
4.3.4 负载特性
4.4 本章小结
第5章 双通道联动液态金属磁流体发电研究
5.1 双联动液态金属磁流体发电介绍
5.2 双通道仿真模型
5.3 直流双发电通道特性
5.3.1 空载特性
5.3.2 负载特性
5.4 交流双联动发电通道的运行特性
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间取得的学术成果
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]两相流磁流体发电机的性能研究[J]. 曹嘉彬,黄护林,朱桂平,李林永,李来. 机械工程学报. 2018(08)
[2]潮流能研究现状2015——水动力学[J]. 张亮,尚景宏,张之阳,姜劲,王晓航. 水力发电学报. 2016(02)
[3]液态金属磁流体发电机中固液金属界面接触电阻的研究[J]. 刘艳娇,夏琦,李然,赵凌志,彭燕. 电测与仪表. 2014(22)
[4]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)
[5]新型液态金属磁流体发电机的等效电路模型[J]. 赵凌志,彭燕,沙次文,李然,许玉玉,李建,刘保林. 电力自动化设备. 2011(12)
[6]基于波浪能转换的液态金属磁流体发电机的性能分析(英文)[J]. 肖腾,彭燕,赵凌志,许玉玉,刘保林,李建,李然. 现代科学仪器. 2011(03)
[7]一种阀式磁流体波浪能直接发电系统的研究[J]. 李建,赵凌志,刘保林,彭燕,沙次文,许玉玉,李然. 机床与液压. 2010(16)
[8]海洋能发电技术的发展现状与前景[J]. 游亚戈,李伟,刘伟民,李晓英,吴峰. 电力系统自动化. 2010(14)
[9]浅析磁流体发电技术[J]. 孔庆毅,李淑英,李晓明. 东北电力技术. 2009(09)
[10]磁流体发电技术的回顾与展望[J]. 杨爱勇,王心亮,顾■. 煤气与热力. 2003(01)
硕士论文
[1]双水翼联动捕获潮流能发电系统设计与水动力分析[D]. 黄凤跃.山东大学 2017
[2]液态金属磁流体发电机优化设计[D]. 曹嘉彬.南京航空航天大学 2017
本文编号：3201743
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