垂直轴潮流能水轮机及导流涵道的水动力性能模拟

发布时间：2021-01-27 09:40

　　海洋中蕴含着丰富的能量,且目前开发不足。对于潮流能发电而言,由于其安全可靠,清洁无污染,具有较强的开发前景。潮流能水轮机主要分为两类,一类是水平轴式,另一类是垂直轴式。相比于水平轴水轮机,垂直轴水轮机结构形式相对简单、并能适应任意的来流方向,不需要额外的换向装置。然而,其能量转换效率低于水平轴式水轮机,且在运行时有较大的转矩脉动,容易引起结构疲劳。另外,水轮机的输出端通常直接或间接的与发电机相连,发电机在发电过程中会产生负载力矩,该负载相当于一个阻尼器,会反作用于水轮机,因此,不同的发电机负载会改变水轮机的运行状态。本文首先利用ANSYS FLUENT数值模拟软件对垂直轴潮流能水轮机的水动力性能及能量利用率进行了分析。采用了与之前海试中使用的相类似的垂直轴水轮机,在分析中考虑了变转速及输出端负载对水轮机的影响,并通过负载系数确定了四种工况。结果证实,在稳定运行时水轮机转速非恒定,会在某一区间内呈现周期性变化。而随着输出端负载的增大,水轮机转速会降低并且脉动性增强。另外,在一定范围内,随着负载的增大,能量利用率会相应提高,最大值可达到46%,但若继续增大负载,则会发生过载现象。然后,就垂... 

【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】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 背景介绍
    1.2 潮流能发电
        1.2.1 潮流能发电由来
    1.3 潮流能水轮机
        1.3.1 潮流能提取装置介绍
        1.3.2 潮流能发电装置国内外的进展
        1.3.3 垂直轴潮流能水轮机的特点
    1.4 导流涵道
        1.4.1 导流涵道装置介绍
        1.4.2 导流涵道国内外进展
        1.4.3 导流涵道的优势
    1.5 本文研究内容
        1.5.1 水轮机动力响应和获能效率研究
        1.5.2 导流涵道增速装置性能研究
        1.5.3 垂直轴水轮机与导流涵道相互作用研究
2 垂直轴水轮机叶片理论分析及CFD基础
    2.1 基于叶素理论的水轮机叶片水动力分析
        2.1.1 升力系数与阻力系数
        2.1.2 水动力矩
    2.2 流管动量模型
    2.3 涡流模型
    2.4 计算流体动力学分析方法
        2.4.1 雷诺平均的N-S方程
        2.4.2 湍流封闭模型
        2.4.3 Simple算法
        2.4.4 滑移网格方法
        2.4.5 用户自定义函数（UDF）
    2.5 本章小结
3 垂直轴水轮机水动力性能的数值模拟
    3.1 水轮机运动方程及能量利用率
    3.2 垂直轴水轮机物理模型参数
    3.3 数值模型
        3.3.1 计算域处理
        3.3.2 网格处理
    3.4 边界条件及相关参数设置
    3.5 数值模拟结果分析
        3.5.1 确定的阻尼系数分析
        3.5.2 不同阻尼系数下的对比分析
    3.6 本章小结
4 导流涵道水动力性能的数值模拟
    4.1 导流涵道物理模型参数
    4.2 数值模型
        4.2.1 计算域处理
        4.2.2 网格处理
    4.3 边界条件及相关参数设置
    4.4 数值模拟结果分析
    4.5 本章小结
5 垂直轴水轮机与导流涵道相互作用数值模拟及机理分析
    5.1 物理模型参数
    5.2 数值模型
        5.2.1 计算域处理
        5.2.2 网格处理
    5.3 边界条件及相关参数设置
    5.4 数值模拟结果分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3002838