基于重叠网格方法的水轮机水动力特性研究

发布时间：2022-07-11 12:16

　　海流能作为一种分布广泛、能量大且稳定的可再生能源,可以为海洋空间站、预置武器、充电基站以及潜标等海洋装备提供长期的能源补给,因此如何高效开发利用海流能资源成为目前研究热点问题。海流能水轮机作为一种可以高效稳定的将海流能转换为电能的装置,在海流能开发利用过程中广泛应用。在海流能水轮机设计研发过程,多变的海流环境对水轮机水动力性能影响较大,如何在复杂的海洋环境中提高水轮机的获能效率是目前研究的重点方向。本文首先对水轮机周围海流环境展开分析研究,根据水轮机周围海流流速较低、受来流流速和流向波动影响较大的特点,基于动量理论、叶素理论和叶片设计基础理论对水轮机叶片设计流程进行研究,结合海洋装备的能源补给需求,提出水轮机设计技术指标,利用Wilson设计方法设计适用于低速动态来流环境下工作的水轮机叶片。在水轮机模型建立的基础上,本文主要从CFD仿真模拟的角度围绕水轮机在复杂海流环境条件下的水动力特性展开研究。为了模拟水轮机在复杂海流环境条件下的运动,提出采用重叠网格技术实现水轮机在计算域中的多自由度运动,结合DFBI运动求解模型实现对水轮机在来流作用下被动运动过程,详细监测水轮机在非定常来流作用下... 

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 海流能水轮机研究现状
        1.2.1 水轮机应用现状
        1.2.2 水轮机叶片设计研究现状
        1.2.3 水轮机水动力性能研究现状
        1.2.4 水轮机数值计算方法研究现状
    1.3 本文研究内容
第二章 基于Wilson法的低流速水轮机叶片设计
    2.1 翼型理论
        2.1.1 翼型几何参数
        2.1.2 翼型类型
        2.1.3 翼型水动力性能
    2.2 叶片设计基础理论
        2.2.1 动量理论
        2.2.2 叶素理论
        2.2.3 叶片设计理论
    2.3 叶片设计与建模
        2.3.1 设计参数
        2.3.2 设计方案
    2.4 本章小结
第三章 水轮机水动力特性数值计算方法研究
    3.1 重叠网格技术和DFBI运动求解方法研究
        3.1.1 重叠网格基本概念
        3.1.2 重叠网格生成原理
        3.1.3 DFBI运动求解原理
    3.2 水轮机数值计算模型
        3.2.1 数学模型
        3.2.2 物理模型和网格划分
        3.2.3 边界条件和计算求解
    3.3 数值计算方法验证
        3.3.1 网格无关性验证
        3.3.2 计算模型验证
    3.4 本章小结
第四章 不同流速条件下水轮机水动力特性研究
    4.1 均匀流速条件下水轮机水动力特性
        4.1.1 设计流速下水轮机水动力特性
        4.1.2 不同流速下水轮机水动力特性
    4.2 动态流速条件下水轮机水动力特性
        4.2.1 叶片表面压力和转速变化
        4.2.2 获能效率随流速变化
        4.2.3 轴向力变化
    4.3 导流罩对水轮机水动力特性的影响
        4.3.1 导流罩构型设计
        4.3.2 均匀流速下导流罩对水轮机的水动力特性影响
        4.3.3 动态流速下导流罩对水轮机水动力性能影响
    4.4 本章小结
第五章 动态偏航条件下水轮机水动力特性研究
    5.1 动态偏航条件下水轮机水动力特性
    5.2 尾舵对水轮机跟流特性影响
        5.2.1 水轮机尾舵工作原理及模型
        5.2.2 流向变化对水轮机跟流特性影响
        5.2.3 流速变化对水轮机跟流性能影响
    5.3 本章小结
第六章 全文总结
    6.1 本文工作总结
    6.2 本文主要创新点
    6.3 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研工作情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]流体机械旋转湍流计算模型研究进展[J]. 王福军.  农业机械学报. 2016(02)
[2]潮流能水轮机叶片设计与计算[J]. 赵陈,刘羽,陈正寿,沈志华,黄聪汉,赵春慧.  浙江海洋学院学报(自然科学版). 2015(01)
[3]水下信息体系发展及运用探讨[J]. 宗思光,吴荣华,张显峰.  舰船科学技术. 2014(05)
[4]潮流能水平轴水轮机湍流模型研究初探[J]. 王树杰,盛传明,袁鹏,谭俊哲,司先才.  中国海洋大学学报(自然科学版). 2014(05)
[5]基于Wilson法风力机叶片设计及试验研究[J]. 贺玲丽,汪建文,刘雄飞,张立茹.  可再生能源. 2013(02)
[6]潮流发电现状分析及未来展望[J]. 段自豪,陈正寿.  中国水运(下半月). 2012(02)
[7]基于MATLAB的Wilson方法的叶片优化设计[J]. 代元军,陆亦工,孙玉新,石宁.  机械制造. 2011(07)
[8]基于非结构动网格的非定常流数值模拟方法[J]. 伍贻兆,田书玲,夏健.  航空学报. 2011(01)
[9]柔性叶片水流发电模型实验研究[J]. 王树杰,李冬,赵龙武,鹿兰帅,王超.  太阳能学报. 2010(03)
[10]飞行器外挂投放数值模拟[J]. 唐志共,李彬,郑鸣,邓有奇.  空气动力学学报. 2009(05)

硕士论文
[1]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
[2]风力机专用翼型的空气动力特性研究[D]. 李银然.兰州理工大学 2010
[3]风力发电叶片铺放机设计与仿真研究[D]. 文小军.武汉理工大学 2010
[4]风力发电机的叶片设计方法研究[D]. 王凡.南京理工大学 2007



本文编号：3658147