轴流悬浮式潮流能水轮机流固耦合研究

发布时间：2017-04-10 14:02

  本文关键词：轴流悬浮式潮流能水轮机流固耦合研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会与经济快速发展,全球对能源的需求量急剧增长。由于传统化石能源的过度消耗以及由此产生的环境污染问题也越来越严重,世界上许多国家开始对可再生能源如海洋能等相关能源进行研究与应用开发。其中潮流能以其可预测性、能量密度高且流速平稳等优点逐渐成为人们的关注热点。本文提出一种新型悬浮式轴流潮流能水轮机结构,对其尺寸大小进行初步设计,将商业软件ANSYS Workbench和ANSYS CFX相结合,对叶轮及水轮机整体进行流-固耦合分析。具体内容分为以下几方面:首先,根据有关理论及实际工况,进行水平轴潮流能发电装置的方案设计,利用三维设计软件CATIA建立了整机结构的三维模型,包括叶片以及导流罩的外型设计。采用CFD数值仿真方法分别对单个叶轮、两轴间距为1.8倍叶轮直径的平行布置双转子水轮机模型进行水动力性能分析。基于前期研究成果建立实验样机,进行了物理模型实验,通过实验与数值仿真结果的对比验证了数值仿真方法的有效性。其次,对基于数值模拟的流固耦合方法进行了详细的介绍,引入了单向流固耦合与双向流固耦合的概念。采用两种流固耦合方法,对在不同工况下悬浮式潮流能水轮机和单叶轮的静应力进行了计算。最后,对单叶轮结构进行湿模态分析,得到水介质中叶轮的固有频率与振型。基于模态分析结果对叶轮结构进行谐响应分析,验证其是否能够承受由结构共振所引起的动态结构应力;对叶轮结构进行瞬态响应分析,从时域角度分析叶片在水流激振力作用下表面危险点处的振动分布规律。
【关键词】：潮流能水轮机 流固耦合 物理模型实验 湿模态分析 瞬态响应分析
【学位授予单位】：浙江海洋学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK730.1
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 潮流能水轮机国内外研究现状13-15
• 1.2.2 水轮机流固耦合理论国内外研究现状15-17
• 1.3 目的与意义17
• 1.4 工作内容17-19
• 第二章 轴流悬浮式潮流能发电装置方案设计19-42
• 2.1 轴流悬浮式潮流能发电装置总体方案设计19
• 2.2 水轮机叶片设计19-26
• 2.2.1 叶素-动量理论(BEM Theory)20-21
• 2.2.2 叶片设计理论21
• 2.2.3 设计参数确定21-26
• 2.3 导流罩设计及性能研究26-39
• 2.3.1 导流罩工作原理26-27
• 2.3.2 导流罩型线设计27-29
• 2.3.3 导流罩性能数值模拟及分析29-33
• 2.3.4 加装导流罩叶轮水动力性能数值模拟及分析33-39
• 2.4 物理模型验证试验39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 水轮机的流固耦合静力学分析42-60
• 3.1 引言42
• 3.2 基于数值模拟的流固耦合实现方法42-47
• 3.2.1 流固耦合分析基础42-44
• 3.2.2 基于ANSYS流固耦合实现方法44-47
• 3.3 水轮机的静力学分析47-58
• 3.3.1 结构强度计算方法48-49
• 3.3.2 ANSYS流固耦合实现流程49-54
• 3.3.3 计算结果分析54-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 基于流固耦合的水轮机叶片振动分析60-72
• 4.1 引言60
• 4.2 叶片的振动分析理论基础60-63
• 4.2.1 模态分析基本理论及计算方法60-62
• 4.2.2 谐响应分析的基础理论及计算方法62-63
• 4.2.3 瞬态响应分析的基本理论及计算方法63
• 4.3 水轮机叶轮的模态分析63-66
• 4.3.1 单叶轮分析模型的建立64
• 4.3.2 单叶轮模态分析结果分析64-66
• 4.4 水轮机叶轮的谐响应分析66-68
• 4.5 水轮机叶轮的瞬态响应分析68-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 在读期间发表的学术论文及研究成果79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 T.霍根;付梦颖;双湘;;环境友好型水轮机研发的新进展[J];水利水电快报;2013年11期

2 丁秉辉;也谈水轮机选择设计问题[J];华东电力;1981年05期

3 ;《关于水轮机选择和改造工作的探讨》的讨论[J];华东电力;1982年07期

4 L.Shafer;A.Agostinelli;宴蒲初;梅颖;;泵作为小水轮机使用[J];江西水利科技;1983年04期

5 A.Engeda;M.Rautenbery;朱盛义;;泵值得当水轮机用吗?[J];水轮泵;1990年01期

6 F·Schweiger;J·Gregori;徐天茂;;水轮机设计的发展[J];水电站机电技术;1990年04期

7 水边;《水轮机》出版[J];水利水电技术;1992年04期

8 A.Sotnikov;徐伟;彭学龙;;水轮机设计及运行研究[J];水电科技进展;1999年01期

9 G.纽曼 ,马元s

本文编号：296843