基于深水网箱的潮流能捕获叶轮设计研究

发布时间：2021-03-26 23:50

　　目前深水网箱由于缺乏电能供给而无法实现自动化控制,因此提出一种低流速下总体发电量高的潮流能捕获系统,为深水网箱提供能量。针对深水网箱中的潮流能捕获叶轮,本文进行了系统的分析与设计,并主要做了以下研究：对深水网箱的所处海域水文条件进行分析,建立半月周期的潮流能捕获叶轮总体发电量数学模型。对潮流能捕获叶轮的结构形式进行分析比较,初步设计了s型叶轮作为该深水网箱的潮流能捕获叶轮。建立了二维s型叶轮在流场中的运动数学模型,并利用CFD计算软件对其进行流体动力学仿真计算,得出S型叶轮的动态转矩系数曲线,并以此对叶轮的阶数进行优化设计。同时,根据流场仿真分析,验证了单个S型叶轮作为深水网箱阻流措施的流速缓冲效果。根据深水网箱的用电需求对潮流能捕获叶轮的总体尺寸进行设计,并对整个潮流能发电装置在海水中的受力情况进行分析校核,设计了合适的锚泊系统对该装置进行定位。通过以上分析设计,制作了S型叶轮模型及配套实验装置在水槽中进行测试,实验得出叶轮空载时在流速不到0.3m/s就可以启动运转,但能量利用率有待改善。在深水网箱系统中,利用潮流能捕获叶轮为网箱提供能量并缓冲水流对网箱的冲击,这对深水网箱的产业化发... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 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】：
致谢
摘要
ABSTRACT
插图和附表清单
1 绪论
    1.1 国内外深水网箱概况
        1.1.1 国外深水网箱发展现状
        1.1.2 国内深水网箱发展现状
    1.2 潮流能概述
        1.2.1 国外潮流能发电现状
        1.2.2 国内潮流能发电现状
    1.3 论文研究目标和技术路线
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究方案和技术路线
    1.4 本章小结
2 深水网箱中潮流能捕获叶轮的工况分析与初步设计
    2.1 抗风浪智能深水网箱养殖系统介绍
        2.1.1 深水网箱系统用电装置
        2.1.2 深水网箱能量供给系统
        2.1.3 深水网箱固定系统
    2.2 深水网箱工况分析
        2.2.1 用电需求分析
        2.2.2 深水网箱所处流域分析
    2.3 潮流能捕获叶轮的结构分析
        2.3.1 叶轮型式的分类
        2.3.2 潮流能捕获叶轮评价系数
        2.3.3 叶轮能量捕获的分析比较
    2.4 本章小结
3 深水网箱中潮流能捕获叶轮在流场中的分析与优化设计
    3.1 潮流能捕获叶轮所在流场的性质分析
        3.1.1 理想流体和粘性流体
        3.1.2 可压缩流体与不可压缩流体
        3.1.3 定常流与非定常流
        3.1.4 层流与湍流
    3.2 潮流能捕获叶轮的流体动力学建模
        3.2.1 叶轮所在流场的控制方程
        3.2.2 利用有限体积法对控制方程的离散
    3.3 潮流能捕获叶轮CFD流体分析计算
        3.3.1 叶轮CAD仿真模型的建立
        3.3.2 叶轮模型网格划分
        3.3.3 FLUENT计算
    3.4 仿真结果分析
        3.4.1 压力场分析
        3.4.2 水流速度分析
        3.4.3 转矩特性分析
    3.5 本章小结
4 深水网箱中潮流能捕获叶轮的受力分析校核
    4.1 深水网箱中潮流能捕获叶轮的最终结构
        4.1.1 叶轮最终结构及尺寸
        4.1.2 叶轮的装配图及加工方法
        4.1.3 转轴的设计与校核
        4.1.4 轴承的选择与校核
    4.2 深水网箱中潮流能发电装置的整体受力分析
        4.2.1 深水网箱生态养殖系统布置图
        4.2.2 潮流能发电装置锚泊系统受力分析
    4.3 潮流能发电装置锚绳的布置方法
    4.4 本章小结
5 实验方法及结果分析
    5.1 实验装置的设计
    5.2 模型实验与结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 对后续研究工作的展望
参考文献
攻读学位期间的学术成果



本文编号：3102465