浪-流联合作用对垂直轴水轮机水力性能的影响

发布时间：2022-08-06 19:11

　　在实际海洋环境中,海洋动力过程复杂多样。潮流运动往往和波浪相互作用,发生浪流联合作用的环境载荷,这种耦合流动会对海工建筑物、航道等产生巨大的破坏。本文以垂直轴三叶片潮流能水轮机为研究对象,通过数值模拟方法建立了二阶stokes波浪水槽,在波浪与均匀流的联合作用下,研究水轮机运行过程中的水动力性能变化;与此同时针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点提出相应的改善方法,主要研究内容及相关结论如下:1)确立以二阶斯托克斯波浪方程为基础,根据行波解析解探究了数值波浪边界条件的合理给定方式,采用边界造波法、阻尼消波技术及VOF自由表面处理方法,基于CFX软件构建了二维和三维的数值波浪水槽,成功实现了二阶Stokes波浪的数值模拟。数值波浪具有良好的品质,在爬升和下降的传播过程中具有良好的稳定性和周期性,与理论波形较好的吻合。在波浪参数误差中,因波浪粘性作用导致能量耗散造成波高误差值最大。2)基于波浪的数值模拟方法,在三维水槽中添加垂直轴潮流能水轮机,进行二阶Stokes波浪与均匀流联合环境对水轮机的模拟分析,对比了均匀流和浪-流联合条件中水轮机性能和内部流场。结果... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 课题研究背景、目的及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 潮流发电的发展概况
        1.2.2 数值波浪的研究现状
        1.2.3 波浪环境对水轮机的影响
    1.3 本文主要研究工作
2 数值波浪模拟
    2.1 数值波浪的基本理论
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 二阶stokes波浪理论
        2.1.3 数值计算方法
        2.1.4 湍流模型
    2.2 造波方法和消波方程
    2.3 二维stokes数值波浪的建立
        2.3.1 数值波浪模型和边界条件
        2.3.2 波浪模拟结果分析
        2.3.3 数值波浪结果验证
    2.4 三维stokes数值波浪的建立
        2.4.1 三维波浪模型
        2.4.2 三维波浪结果分析
    2.5 本章小结
3 浪-流联合环境的潮流能竖轴水轮机数值模拟
    3.1 水轮机几何模型
    3.2 波浪参数及浪-流模型
    3.3 水轮机计算模型
        a 计算域及网格划分
        b 边界条件
        c 计算方法
    3.4 数值计算准确性验证
    3.5 本章小结
4 浪-流联合环境载荷对潮流能水轮机的性能影响研究
    4.1 浪-流联合环境与潮流均匀环境的运动规律
    4.2 能量性能
    4.3 流场变化
        4.3.1 涡量场变化
        4.3.2 流线分析
        4.3.3 叶轮速度分析
    4.4 本章小结
5 潮流能竖轴水轮机性能改善研究
    5.1 引言
    5.2 几何模型和计算条件
    5.3 不同螺旋包角叶轮的能量性能对比
    5.4 螺旋叶轮水轮机内流场特性研究
        5.4.1 叶片表面压力系数分布
        5.4.2 叶轮涡量场分析
        5.4.3 叶片表面压力脉动特性
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3670206