水平轴潮流能水轮机叶片的优化设计及实验性能研究
发布时间：2021-03-25 20:43
近十年来,我国进入到一个城市化建设高速发展的时期,对能源的消耗程度空前加剧。我国主要的能源消耗形式是煤炭的燃烧,这种能源供给形式不仅利用率低,而且对环境造成较大污染。进入21世纪以来,人们渐渐把目光投向了海洋,我国绵长的海岸线和丰富的海洋资源为发展潮流能提供了有利条件。近年来,许多研究机构都在研发新型高效的的潮流能发电装置,其中叶片的优劣直接决定了水轮机捕获能量效率的大小。本文针对我国海水流速范围的水轮机叶片进行优化设计、水动力学研究和模型实验研究。本文首先概括总结了国内外潮流能发展现状,确定了以提升水轮机性能为目标设计高效率叶片这一方向进行研究。通过大量阅读国内外相关文献,包括对叶片设计理论的分析和水轮机加工制造和检测手段的方法,提出了科学可行的研究思路。然后按照研究思路,先使用QBlade软件对Wilson设计方法生成的叶片模型进行初步性能预测,发现在额定工况点邻域水轮机功率系数CP下降明显。针对这一状况,应用遗传算法实现叶片的外形参数的优化以提高水轮机的捕能效率,发现优化后的模型性能明显提升。借助专业的流体模拟软件FLUENT,对水轮机变安装角,变流速和变叶片数目等不同工况点下的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－５?ＧＨＴ水轮机??Ｆｉｇ．?１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ?Ｆｉｇ．?１－５?ＧＨＴ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ??
潮流能发电项目意向书。??美国的戈尔洛夫螺旋祸轮（ＧＨＴ）水轮机是从Ｄａｒｒｉｅｕｓｔｕｒｂｉｎｅ演化而来ｆｉｙ，改变??了原有螺旋叶片和翼型结构，如图１－５所示。在螺旋设计，围绕轴均匀分布带有一定??扭转的叶片曲线，始终存在一个角度使得叶轮获得升力。Ｗ这种方式，在每个叶片的??升力和阻力不会随着叶片的扭转角度发生突然变化，能够一个平滑的扭矩曲线，所从??可Ｗ有效减少振动和噪声。单个转子可Ｗ达到１８０ｋＷ，最低流速０．５ｍ／ｓ。??困１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ水轮机?图１－５?ＧＨＴ水轮机??Ｆｉｇ．?１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ?Ｆｉｇ．?１－５?ＧＨＴ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ??英国Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｂｕｓｉｎｅｓｓ?Ｌｔｄ模仿海洋生物尾部的摆动，研发出一种振荡水翼式??发电装置，名为Ｓｔｉｎｇｍｙ。当水流通过翼型摆臂时，获得的升力使得摆臂升离，当升??到最商点时，翼型攻角反转１８０度，使得摆臂获得向下的升力，整个尾翼成上下往复??式运动［崎。该公司设计样机总长１６米，摆臂１１米，在流速为１．５ｍ／ｓ时功率为１５０ｋＷ，??摆臂的摆动范围为７０度
【参考文献】：
期刊论文
[1]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[2]潮流能水轮机导流罩的水动力性能研究[J]. 刘羽,陈正寿,赵陈,黄聪汉. 浙江海洋学院学报(自然科学版). 2014(03)
[3]海流能水轮机翼型数值模拟[J]. 吴轶帆,刘湘晨. 新技术新工艺. 2014(02)
[4]全球单机容量最大水轮发电机组在向家坝电站投入运行[J]. 曾武勇. 能源研究与信息. 2013(03)
[5]中美潮流能资源开发利用发展对比[J]. 王文祥,马强. 机电设备. 2013(04)
[6]应用于集成电路设计的遗传算法研究[J]. 吕琳君,张瑛. 计算机技术与发展. 2013(04)
[7]在确保安全的前提下发展核电的战略意义[J]. 邵敬阳,魏军营. 水电与新能源. 2012(02)
[8]垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状[J]. 张亮,李志川,张学伟,侯卫松,马勇. 应用能源技术. 2011(09)
[9]我国海洋潮汐能领域专利竞争态势分析[J]. 赵霞,姜静,张卓群,秦洪花,朱延雄,王春莉. 现代情报. 2011(09)
[10]基于BEM理论的水平轴海流机设计[J]. 赵伟国,邵雪明,李伟. 水力发电学报. 2011(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
[2]竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D]. 孙科.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]基于鲨鱼鳍的水平轴潮流能水轮机仿生叶片研究[D]. 高蓉康.中国海洋大学 2014
[2]海洋可再生能源环境收益及对区域经济影响研究[D]. 孙晨.中国海洋大学 2013
[3]竖轴潮流能水轮机偏角运动规律优化[D]. 侯卫松.哈尔滨工程大学 2013
[4]水平轴潮流能水轮机变桨距系统的研究[D]. 谢哲.哈尔滨工程大学 2012
[5]水平轴潮流发电水轮机传动系统动力学特性分析[D]. 张敏.哈尔滨工程大学 2012
[6]150KW半潜式潮流电站方案设计[D]. 姜得志.哈尔滨工程大学 2012
[7]我国波浪能开发利用可行性研究[D]. 管轶.中国海洋大学 2011
[8]海流能发电及模拟装置的研制[D]. 张萧.东北师范大学 2009
[9]潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D]. 鹿兰帅.中国海洋大学 2009
[10]风力发电机叶片设计及三维建模[D]. 王学永.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3100298
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－５?ＧＨＴ水轮机??Ｆｉｇ．?１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ?Ｆｉｇ．?１－５?ＧＨＴ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ??
潮流能发电项目意向书。??美国的戈尔洛夫螺旋祸轮（ＧＨＴ）水轮机是从Ｄａｒｒｉｅｕｓｔｕｒｂｉｎｅ演化而来ｆｉｙ，改变??了原有螺旋叶片和翼型结构，如图１－５所示。在螺旋设计，围绕轴均匀分布带有一定??扭转的叶片曲线，始终存在一个角度使得叶轮获得升力。Ｗ这种方式，在每个叶片的??升力和阻力不会随着叶片的扭转角度发生突然变化，能够一个平滑的扭矩曲线，所从??可Ｗ有效减少振动和噪声。单个转子可Ｗ达到１８０ｋＷ，最低流速０．５ｍ／ｓ。??困１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ水轮机?图１－５?ＧＨＴ水轮机??Ｆｉｇ．?１－４?Ｏｐｅｎ－Ｃｅｎｔｒｅ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ?Ｆｉｇ．?１－５?ＧＨＴ?Ｔｉｄａｌ?Ｃｕｒｒｅｎｔ?Ｔｕｒｂｉｎｅｓ??英国Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｂｕｓｉｎｅｓｓ?Ｌｔｄ模仿海洋生物尾部的摆动，研发出一种振荡水翼式??发电装置，名为Ｓｔｉｎｇｍｙ。当水流通过翼型摆臂时，获得的升力使得摆臂升离，当升??到最商点时，翼型攻角反转１８０度，使得摆臂获得向下的升力，整个尾翼成上下往复??式运动［崎。该公司设计样机总长１６米，摆臂１１米，在流速为１．５ｍ／ｓ时功率为１５０ｋＷ，??摆臂的摆动范围为７０度
【参考文献】：
期刊论文
[1]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[2]潮流能水轮机导流罩的水动力性能研究[J]. 刘羽,陈正寿,赵陈,黄聪汉. 浙江海洋学院学报(自然科学版). 2014(03)
[3]海流能水轮机翼型数值模拟[J]. 吴轶帆,刘湘晨. 新技术新工艺. 2014(02)
[4]全球单机容量最大水轮发电机组在向家坝电站投入运行[J]. 曾武勇. 能源研究与信息. 2013(03)
[5]中美潮流能资源开发利用发展对比[J]. 王文祥,马强. 机电设备. 2013(04)
[6]应用于集成电路设计的遗传算法研究[J]. 吕琳君,张瑛. 计算机技术与发展. 2013(04)
[7]在确保安全的前提下发展核电的战略意义[J]. 邵敬阳,魏军营. 水电与新能源. 2012(02)
[8]垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状[J]. 张亮,李志川,张学伟,侯卫松,马勇. 应用能源技术. 2011(09)
[9]我国海洋潮汐能领域专利竞争态势分析[J]. 赵霞,姜静,张卓群,秦洪花,朱延雄,王春莉. 现代情报. 2011(09)
[10]基于BEM理论的水平轴海流机设计[J]. 赵伟国,邵雪明,李伟. 水力发电学报. 2011(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
[2]竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D]. 孙科.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]基于鲨鱼鳍的水平轴潮流能水轮机仿生叶片研究[D]. 高蓉康.中国海洋大学 2014
[2]海洋可再生能源环境收益及对区域经济影响研究[D]. 孙晨.中国海洋大学 2013
[3]竖轴潮流能水轮机偏角运动规律优化[D]. 侯卫松.哈尔滨工程大学 2013
[4]水平轴潮流能水轮机变桨距系统的研究[D]. 谢哲.哈尔滨工程大学 2012
[5]水平轴潮流发电水轮机传动系统动力学特性分析[D]. 张敏.哈尔滨工程大学 2012
[6]150KW半潜式潮流电站方案设计[D]. 姜得志.哈尔滨工程大学 2012
[7]我国波浪能开发利用可行性研究[D]. 管轶.中国海洋大学 2011
[8]海流能发电及模拟装置的研制[D]. 张萧.东北师范大学 2009
[9]潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D]. 鹿兰帅.中国海洋大学 2009
[10]风力发电机叶片设计及三维建模[D]. 王学永.华北电力大学（河北） 2008
本文编号：3100298
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