非对称翼垂直轴潮流能水轮机水动力性能研究

发布时间：2020-10-23 15:05

　　 人类对能源需求的日益增大和环境的日益恶化,使新能源的发展利用越来越受关注。潮流能作为一种清洁可再生能源,具有储量大、能量密度大、可预测性强等优点。垂直轴潮流能水轮机是潮流能开发时重要的能量捕获及转换装置,其具有噪音小、结构简单、不受来流方向变化的影响等优点,但是垂直轴水轮机也具有能量提取效率不高、叶轮所受载荷波动较大、自启性能较差等缺点,为了改善垂直轴水轮机的这个不足,大量学者对其进行分析和研究,本文创新地采用升阻比更高的非对称翼型,经过数值模拟计算后,分析不同参数对非对称翼垂直轴水轮机性能的影响,并对其自启性能进行了研究。首先,本文建立垂直轴水轮机的二维模型,并对水翼及叶轮进行受力分析。然后,通过对非对称翼垂直轴水轮机的数值模拟计算,研究不同参数对其水动力性能的影响。结果表明:水轮机采用合适的非对称翼可以获得比采用对称翼更好的水动力性能,NACA2418能提高NACA0018在较低叶尖速比和较高叶尖速比区间的能量提取性能,能量提取系数值最高可提高30%,同时采用非对称翼能改善水轮机载荷的波动,提高水轮机疲劳寿命;安装角度采用-2°,安装位置弦长比采用0.7,水轮机能获得较好的水动力特性;叶尖速比不变的条件下,来流流速的增大能提高水轮机的能量提取系数,采用水流增速装置(如导流罩等)能提高水轮机的能量提取性能。最后,通过建立水轮机自启过程中的运动控制方程,并采用FLUENT软件中的UDF函数对水轮机的转速和转矩进行迭代求解,实现了水轮机的自启运动的数值模拟计算,结果表明:水轮机转动惯量越小,系统阻尼系数越小,水轮机自启运动后稳定阶段的平均速度越大,有利于水轮机获得更高的能量提取性能;水翼采用靠近水翼后缘的安装位置和适当外偏的安装角度,能使水轮机自启后达到较高的平均速度越大,且不会影响转速的波动幅值,有利于提高水轮机能量提取性能;提高来流流速,能使水轮机更快的自启并达到较高的平均转速,但水速过大会引起转速波动幅度的增大,不利于水轮机的长时间运行。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK730.1
【部分图文】：

图１－３振荡式潮流能装置??关ｆ垂直轴水轮机的研究，国外现己有大量研究［１２］

图１－６?Ｋｏｂｏｌｄ水轮机?图１－６?Ｅｎｃｕｒｒｅｎｔ水轮机??我国国内对潮流能发电设备的研究相比于国外的研究起步较晚，但是随着社??会发展对新型吋再生能源需求的日益增加以及国家能源战略上的部署，国内越来??

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【参考文献】

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本文编号：2853186