定桨距水平轴海流机叶轮的水动力外形设计及性能评价

发布时间：2016-10-17 11:56

  本文关键词：石油安全理论与实践问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2015年

定桨距水平轴海流机叶轮的水动力外形设计及性能评价

黄光胜  

【摘要】：随着化石能源的日趋枯竭,海洋逐渐成为世界各国开发新能源的主战场。海流能是海洋能的重要形式之一,它的开发利用对于我国能源产业具有重要意义。水平轴海流机是将海流能转换为电能的主要设备,其叶轮的设计是海流机设计的核心问题之一。水平轴海流机叶轮相关的理论及设计方法目前处于探索阶段,尚未形成一套成熟的设计理论体系,所以该领域的研究具备较大的创新空间和研究价值。本文以定桨距水平轴海流机叶轮为研究对象,参考水平轴风力机的相关理论和设计方法,提出一种适用于海流机叶轮设计的新方法,并以此方法实现了100 KM定桨距水平轴海流机叶轮的水动力外形设计及性能评价。主要工作如下：(1)阐述了水平轴海流机研究的背景及意义,介绍了水平轴海流机的研究发展现状以及叶素-动量理论等可用于水平轴海流机叶轮设计的基础设计理论。(2)阐述了翼型升阻特性、失速等翼型相关的基本理论,并根据翼型选用原则以及海流的雷诺数,确定了本文的设计用翼型为NACA 63-4XX翼型系列。(3)运用FLUENT软件对设计用翼型进行二维数值模拟。采用二维“C”形O-Grid结构化网格策略进行网格划分,得到高质量的二维网格。将翼型升阻特性仿真数据与国外权威实验数据进行比较,验证了FLUENT数值模拟方法的有效性；比较了翼型在两种不同流体介质中的升阻特性,发现两者差别很小；还研究了厚度对翼型升阻特性的影响,得到的结论是厚度越大升阻比越小。(4)比较了Glauert方法与Wilson方法的异同,确定本文的设计方法主要参照Wilson方法,并结合海况参数和叶轮基本参数,采用MATLAB编程的方法高效地实现了本文的主体设计思想。通过程序迭代计算得到叶片各个特征截面的弦长、扭角等参数,完成叶轮总体的水动力外形设计。(5)利用Pro/E软件对设计的叶轮进行三维参数化建模,采用基于叶素-动量理论的计算模型,并结合Prandtl修正和Glauert修正,对叶轮的水动力性能进行校核评价,验证了本文设计方法的有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612
【目录】：

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