Π型竖轴双转子水轮机纵荡水动力特性研究
发布时间：2021-09-15 09:11
为提高潮流能装置发电功率及可靠性,加快潮流能开发利用,本文提出了一种Π型竖轴双转子水轮机的设计,并对Π型竖轴双转子水轮机的纵荡运动特性进行了研究。基于CFD方法,通过将水轮机旋转运动与振荡运动相结合的方法模拟水轮机的纵荡运动,对竖轴双转子水轮机在不同振荡频率、振荡幅值及叶尖速比下的纵荡运动进行模拟计算,同时与均匀流无振荡工况下的水轮机作对比,分别对振荡运动下双转子水轮机受力、获能效率及流场的变化特征进行分析。研究结果表明:双转子并列布置可提高水轮机获能效率、纵荡幅值及频率对平均获能效率影响较小。纵荡下双转子水轮机所受推力及侧向力的波动较大,且推力及侧向力波动幅值与振幅及振荡频率成正比。振荡频率影响泄涡频率,振荡幅值影响尾涡区长度。
【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2019,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Π型双转子结构Fig．1StructureofΠtypedualrotor
文规定以下无因次量:λ=ωＲ/VA(1)CFX=FX/(0.5ρV2ADb)(2)CFY=FY/(0.5ρV2ADb)(3)CP=Qω/(0.5ρV3ADb)(4)2个水轮机旋转中心的间距为12m(1.5D，D为转子直径)，并采用内对转方式以抵消侧向力的影响，相比其他旋转方式，内对转的形式也具有最高的获能效率。模拟时为减少受力波动，便于分析，将2个水轮机的初相位均设为0°。为提高网格质量，计算域包括旋转域和静止域，并规定坐标系X方向与来流一致，如图2所示。图2双转子无振荡模拟Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation给定来流Ve=3m/s，设定2个水轮机的角速度分别为ω和－ω，计算时叶尖速比λ分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定义CP为双转子的能量利用率，计算方法为2个单转子获能效率的算术平均值。提取不同速比下的CP，并与单转子进行对比，如图3所示。可以看出，当两轮心间距为12m(1.5D)，低速比时，双转子布置对效率提升效果不明显，随着速比逐渐趋近最优速比，双转子获能效率较单转子有着明显提升，当λ=2.0时，此时的双转子比单转子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的双转子布置能有效提高叶轮获能效率。图3单/双转子获能效率对比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor当λ=2.0时，考察水轮机在实现最大获能效率时的受力情况，得到无因次化的推力、转矩系数，如图4所示。由图可以看出，双转子水轮机受到的X、Y方向的合力均呈周期性变化。X方向推力合力的峰值波动幅值很小，峰值包络线?
动，便于分析，将2个水轮机的初相位均设为0°。为提高网格质量，计算域包括旋转域和静止域，并规定坐标系X方向与来流一致，如图2所示。图2双转子无振荡模拟Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation给定来流Ve=3m/s，设定2个水轮机的角速度分别为ω和－ω，计算时叶尖速比λ分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定义CP为双转子的能量利用率，计算方法为2个单转子获能效率的算术平均值。提取不同速比下的CP，并与单转子进行对比，如图3所示。可以看出，当两轮心间距为12m(1.5D)，低速比时，双转子布置对效率提升效果不明显，随着速比逐渐趋近最优速比，双转子获能效率较单转子有着明显提升，当λ=2.0时，此时的双转子比单转子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的双转子布置能有效提高叶轮获能效率。图3单/双转子获能效率对比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor当λ=2.0时，考察水轮机在实现最大获能效率时的受力情况，得到无因次化的推力、转矩系数，如图4所示。由图可以看出，双转子水轮机受到的X、Y方向的合力均呈周期性变化。X方向推力合力的峰值波动幅值很小，峰值包络线可近似为一条直线。Y方向侧向力合力历时曲线峰值波动很大，但侧向力均值CFrY=0.0068，双转子内对转布置可以起到抵消侧向力的作用。经过计算可·8831·
【参考文献】：
期刊论文
[1]串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析[J]. 孙科,李岩,王凯,张亮. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[2]基于CFD的桨舵水动力干扰研究[J]. 胡健,李聪慧,张维鹏,刘立超. 应用科技. 2017(03)
[3]Experimental Study on Hydrodynamic Characteristics of Vertical-Axis Floating Tidal Current Energy Power Generation Device[J]. 马勇,李腾飞,张亮,盛其虎,张学伟,姜劲. China Ocean Engineering. 2016(05)
[4]相位角对双机组立轴水轮机的水动力性能影响[J]. 王凯,孙科,张亮,盛其虎. 哈尔滨工程大学学报. 2016(01)
[5]潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析[J]. 张亮,王树齐,马勇,张学伟,国威. 哈尔滨工程大学学报. 2015(03)
[6]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[7]垂直轴潮流水轮机数值模拟研究[J]. 李志川,张亮,孙科,张学伟. 太阳能学报. 2011(09)
[8]一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究[J]. 汪鲁兵,张亮,曾念东. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
本文编号：3395805
【文章来源】：哈尔滨工程大学学报. 2019,40(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Π型双转子结构Fig．1StructureofΠtypedualrotor
文规定以下无因次量:λ=ωＲ/VA(1)CFX=FX/(0.5ρV2ADb)(2)CFY=FY/(0.5ρV2ADb)(3)CP=Qω/(0.5ρV3ADb)(4)2个水轮机旋转中心的间距为12m(1.5D，D为转子直径)，并采用内对转方式以抵消侧向力的影响，相比其他旋转方式，内对转的形式也具有最高的获能效率。模拟时为减少受力波动，便于分析，将2个水轮机的初相位均设为0°。为提高网格质量，计算域包括旋转域和静止域，并规定坐标系X方向与来流一致，如图2所示。图2双转子无振荡模拟Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation给定来流Ve=3m/s，设定2个水轮机的角速度分别为ω和－ω，计算时叶尖速比λ分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定义CP为双转子的能量利用率，计算方法为2个单转子获能效率的算术平均值。提取不同速比下的CP，并与单转子进行对比，如图3所示。可以看出，当两轮心间距为12m(1.5D)，低速比时，双转子布置对效率提升效果不明显，随着速比逐渐趋近最优速比，双转子获能效率较单转子有着明显提升，当λ=2.0时，此时的双转子比单转子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的双转子布置能有效提高叶轮获能效率。图3单/双转子获能效率对比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor当λ=2.0时，考察水轮机在实现最大获能效率时的受力情况，得到无因次化的推力、转矩系数，如图4所示。由图可以看出，双转子水轮机受到的X、Y方向的合力均呈周期性变化。X方向推力合力的峰值波动幅值很小，峰值包络线?
动，便于分析，将2个水轮机的初相位均设为0°。为提高网格质量，计算域包括旋转域和静止域，并规定坐标系X方向与来流一致，如图2所示。图2双转子无振荡模拟Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation给定来流Ve=3m/s，设定2个水轮机的角速度分别为ω和－ω，计算时叶尖速比λ分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定义CP为双转子的能量利用率，计算方法为2个单转子获能效率的算术平均值。提取不同速比下的CP，并与单转子进行对比，如图3所示。可以看出，当两轮心间距为12m(1.5D)，低速比时，双转子布置对效率提升效果不明显，随着速比逐渐趋近最优速比，双转子获能效率较单转子有着明显提升，当λ=2.0时，此时的双转子比单转子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的双转子布置能有效提高叶轮获能效率。图3单/双转子获能效率对比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor当λ=2.0时，考察水轮机在实现最大获能效率时的受力情况，得到无因次化的推力、转矩系数，如图4所示。由图可以看出，双转子水轮机受到的X、Y方向的合力均呈周期性变化。X方向推力合力的峰值波动幅值很小，峰值包络线可近似为一条直线。Y方向侧向力合力历时曲线峰值波动很大，但侧向力均值CFrY=0.0068，双转子内对转布置可以起到抵消侧向力的作用。经过计算可·8831·
【参考文献】：
期刊论文
[1]串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析[J]. 孙科,李岩,王凯,张亮. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[2]基于CFD的桨舵水动力干扰研究[J]. 胡健,李聪慧,张维鹏,刘立超. 应用科技. 2017(03)
[3]Experimental Study on Hydrodynamic Characteristics of Vertical-Axis Floating Tidal Current Energy Power Generation Device[J]. 马勇,李腾飞,张亮,盛其虎,张学伟,姜劲. China Ocean Engineering. 2016(05)
[4]相位角对双机组立轴水轮机的水动力性能影响[J]. 王凯,孙科,张亮,盛其虎. 哈尔滨工程大学学报. 2016(01)
[5]潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析[J]. 张亮,王树齐,马勇,张学伟,国威. 哈尔滨工程大学学报. 2015(03)
[6]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[7]垂直轴潮流水轮机数值模拟研究[J]. 李志川,张亮,孙科,张学伟. 太阳能学报. 2011(09)
[8]一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究[J]. 汪鲁兵,张亮,曾念东. 哈尔滨工程大学学报. 2004(04)
本文编号：3395805
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