DUTTCT H 120水平轴潮流能水轮机叶片设计与分析
发布时间：2021-01-18 10:37
随着能源压力和环境压力的日益增加,开发新的可再生能源变得尤为重要,而占地球面积70%以上的海洋蕴藏的能源更是受到了极大的关注,国内外近岸能源的开发得到了极大的发展。潮流能作为一种可预测性强,能量密度高,不产生用地冲突的能源具有极大的开发价值,而国内130余条适于潮流能开发的黄金水道更为我国潮流能开发提供了极大的便利。潮流能水轮机作为主要的获能机构,国外已经发展至兆瓦级,而国内鲜见有关工作。本文以120kW的水平轴潮流能水轮机的开发为背景开展了论文工作。在原有小功率水轮机研究的基础上通过比尺放大原1kW水轮机得到DUTTCTH120A的设计方案。根据BEM方法和Wilson方法编写叶片设计程序,使用程序设计120kW水平轴潮流能水轮机,分析设计结果进一步得到B,C两种设计方案。DUTTCTH120B在A型水轮机的基础上参考BEM设计方法和Wilson方法的设计结果通过缩短叶片弦长降低了水轮机密实度,DUTTCTH120C则通过调整叶片中、前段的安装角得到。针对三种设计方案使用CFD和CSD以及实验方法对水轮机的流体、结构性...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 潮流能
1.2.1 引言
1.2.2 国内潮流能蕴含情况
1.2.3 国外潮流能蕴含情况
1.3 潮流能技术究现状
1.3.1 潮流能技术的优势与限制
1.3.2 国内潮流能技术的发展
1.3.3 国外潮流能技术的发展（ARC）
1.4 潮流能获能装置
1.4.1 水平轴潮流能水轮机
1.4.2 竖直轴潮流能水轮机
1.4.3 震荡式潮流能水轮机
1.5 课题组潮流能水轮机发展
1.6 本文工作要点
2 基本理论
2.1 静止圆盘理论
2.1.1 动量定理
2.1.2 功率系数
2.1.3 贝兹极限
2.1.4 推力系数
2.2 转动圆盘理论
2.2.1 尾迹转动
2.2.2 角动量定理
2.2.3 最大功率
2.2.4 尾流结构
2.3 转子叶片理论
2.3.1 叶素理论
2.3.2 叶素-动量定理（BEM方法）
2.3.3 转子力矩和功率的确定
2.4 叶片设计方法
2.4.1 简化法
2.4.2 Glauert法
2.4.3 Schmitz法
2.4.4 Wilson法
2.4.5 BEM法
2.5 本章小结
H120水轮机叶片设计">3 DUTTCTH120水轮机叶片设计
3.1 引言
3.2 潮流能水轮机翼型
3.2.1 翼型基本概念
3.2.2 潮流能水轮机翼型发展概况
3.2.3 NREL系列翼型
foil在叶片设计中的应用"> 3.2.4 Xfoil在叶片设计中的应用
3.3 120kW水轮机叶片设计
3.3.1 Wilson法设计120kW水轮机
3.3.2 BEM法设计120kW水轮机
H120A水轮机"> 3.3.3 DUTTCTH120A水轮机
H120B水轮机"> 3.3.4 DUTTCTH120B水轮机
H120C水轮机"> 3.3.5 DUTTCTH120C水轮机
3.4 水轮机叶片建模
3.5 本章小结
H120水轮机叶片分析">4 DUTTCTH120水轮机叶片分析
4.1 MRF控制方程
H120A潮流能水轮机工作特性曲线"> 4.2 DUTTCTH120A潮流能水轮机工作特性曲线
4.2.1 模型设置
4.2.2 网格收敛性
H120工作特性曲线"> 4.2.3 DUTTCTH120工作特性曲线
H120的CFD计算结果及分析"> 4.3 DUTTCTH120的CFD计算结果及分析
4.3.1 尾流分析
4.3.2 水轮机截面速度分布
4.3.3 水轮机表面压力分布
4.3.4 叶片截面流线
H120的CSD计算结果及分析"> 4.4 DUTTCTH120的CSD计算结果及分析
4.4.1 结构钢计算结果
4.4.2 锰青铜计算结果
4.5 本章小结
5 水轮机模型实验
5.1 实验平台
5.1.1 水轮机主体
5.1.2 偏航系统
5.1.3 测试系统
5.2 实验方案
5.3 实验结果对比
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录A Wilson方法设计水轮机叶片程序
附录B BEM方法设计水轮机叶片程序
附录C 水轮机叶片快速成型程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]水平轴潮流能水轮机空化特性研究[J]. 张亮,房良,张学伟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(02)
[3]Marine renewable energy in China: Current status and perspectives[J]. Yong-liang ZHANG,Zheng LIN,Qiu-lin LIU. Water Science and Engineering. 2014(03)
[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]竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试[J]. 赵广,郭嘉楠,刘艳,宿晓辉,孙涛,杨冉升. 太阳能学报. 2013(07)
[6]竖直轴潮流发电水轮机调距机构设计[J]. 孔凡凯,郑大勇,孙桂林,应丽霞. 哈尔滨工程大学学报. 2011(09)
[7]水平轴螺旋桨式海流能发电装置模型分析及试验研究[J]. 刘宏伟,李伟,林勇刚,马舜. 太阳能学报. 2009(05)
[8]一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究[J]. 汪鲁兵,张亮,曾念东. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
博士论文
[1]柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D]. 王树杰.中国海洋大学 2009
硕士论文
[1]应用PimpleDyMFoam的水平轴潮流能水轮机数值计算研究[D]. 张凯琳.大连理工大学 2013
[2]竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究[D]. 杨冉升.大连理工大学 2013
[3]潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究[D]. 陈存福.中国海洋大学 2012
本文编号：2984803
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 潮流能
1.2.1 引言
1.2.2 国内潮流能蕴含情况
1.2.3 国外潮流能蕴含情况
1.3 潮流能技术究现状
1.3.1 潮流能技术的优势与限制
1.3.2 国内潮流能技术的发展
1.3.3 国外潮流能技术的发展（ARC）
1.4 潮流能获能装置
1.4.1 水平轴潮流能水轮机
1.4.2 竖直轴潮流能水轮机
1.4.3 震荡式潮流能水轮机
1.5 课题组潮流能水轮机发展
1.6 本文工作要点
2 基本理论
2.1 静止圆盘理论
2.1.1 动量定理
2.1.2 功率系数
2.1.3 贝兹极限
2.1.4 推力系数
2.2 转动圆盘理论
2.2.1 尾迹转动
2.2.2 角动量定理
2.2.3 最大功率
2.2.4 尾流结构
2.3 转子叶片理论
2.3.1 叶素理论
2.3.2 叶素-动量定理（BEM方法）
2.3.3 转子力矩和功率的确定
2.4 叶片设计方法
2.4.1 简化法
2.4.2 Glauert法
2.4.3 Schmitz法
2.4.4 Wilson法
2.4.5 BEM法
2.5 本章小结
H120水轮机叶片设计">3 DUTTCTH120水轮机叶片设计
3.1 引言
3.2 潮流能水轮机翼型
3.2.1 翼型基本概念
3.2.2 潮流能水轮机翼型发展概况
3.2.3 NREL系列翼型
foil在叶片设计中的应用"> 3.2.4 Xfoil在叶片设计中的应用
3.3 120kW水轮机叶片设计
3.3.1 Wilson法设计120kW水轮机
3.3.2 BEM法设计120kW水轮机
H120A水轮机"> 3.3.3 DUTTCTH120A水轮机
H120B水轮机"> 3.3.4 DUTTCTH120B水轮机
H120C水轮机"> 3.3.5 DUTTCTH120C水轮机
3.4 水轮机叶片建模
3.5 本章小结
H120水轮机叶片分析">4 DUTTCTH120水轮机叶片分析
4.1 MRF控制方程
H120A潮流能水轮机工作特性曲线"> 4.2 DUTTCTH120A潮流能水轮机工作特性曲线
4.2.1 模型设置
4.2.2 网格收敛性
H120工作特性曲线"> 4.2.3 DUTTCTH120工作特性曲线
H120的CFD计算结果及分析"> 4.3 DUTTCTH120的CFD计算结果及分析
4.3.1 尾流分析
4.3.2 水轮机截面速度分布
4.3.3 水轮机表面压力分布
4.3.4 叶片截面流线
H120的CSD计算结果及分析"> 4.4 DUTTCTH120的CSD计算结果及分析
4.4.1 结构钢计算结果
4.4.2 锰青铜计算结果
4.5 本章小结
5 水轮机模型实验
5.1 实验平台
5.1.1 水轮机主体
5.1.2 偏航系统
5.1.3 测试系统
5.2 实验方案
5.3 实验结果对比
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录A Wilson方法设计水轮机叶片程序
附录B BEM方法设计水轮机叶片程序
附录C 水轮机叶片快速成型程序
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]水平轴潮流能水轮机空化特性研究[J]. 张亮,房良,张学伟. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(02)
[3]Marine renewable energy in China: Current status and perspectives[J]. Yong-liang ZHANG,Zheng LIN,Qiu-lin LIU. Water Science and Engineering. 2014(03)
[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]竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试[J]. 赵广,郭嘉楠,刘艳,宿晓辉,孙涛,杨冉升. 太阳能学报. 2013(07)
[6]竖直轴潮流发电水轮机调距机构设计[J]. 孔凡凯,郑大勇,孙桂林,应丽霞. 哈尔滨工程大学学报. 2011(09)
[7]水平轴螺旋桨式海流能发电装置模型分析及试验研究[J]. 刘宏伟,李伟,林勇刚,马舜. 太阳能学报. 2009(05)
[8]一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究[J]. 汪鲁兵,张亮,曾念东. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
博士论文
[1]柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D]. 王树杰.中国海洋大学 2009
硕士论文
[1]应用PimpleDyMFoam的水平轴潮流能水轮机数值计算研究[D]. 张凯琳.大连理工大学 2013
[2]竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究[D]. 杨冉升.大连理工大学 2013
[3]潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究[D]. 陈存福.中国海洋大学 2012
本文编号：2984803
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