水翼振荡运动捕获潮流能的机理研究
发布时间：2021-12-11 14:04
为了揭示水翼发生振荡运动而捕获潮流能的机理,根据流体力学的基本理论,建立水翼振荡运动的模型.利用商用软件ANSYS Fluent对水翼的运动过程进行数值模拟,分析水翼运动对周围流场的影响,讨论水翼的运动参量、尺度参数等对水翼的水动力特性和能量捕获性能的影响规律,获得水翼在流体作用下的动力响应特性.结果表明:水翼的捕能总效率随运动参量变化的过程存在拐点,将水翼的运行参数设置在最高效率点对应的参数下,能够减小瞬时升力系数、瞬时阻力系数、瞬时功率系数各系数曲线的振荡突变现象,但该参数设置下的水翼功率输出未必能够达到最大;升沉运动捕获的能量与水翼厚度呈正相关,俯仰运动捕获的能量与水翼厚度呈负相关;水翼几何参数对水翼工作性能的影响程度与流体黏性的影响密切相关.
【文章来源】：浙江大学学报(工学版). 2018,52(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【图文】：
图１水翼运动模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｈｙｄｒｏｆｏｉｌ
式中：Ｓ为水翼的扫掠面积，Ｈ为水翼在竖直方向上的运动幅值，对于二维水翼，Ｓ＝Ｈ．２数值模拟与算例验证采用软件ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ来求解水翼发生振荡运动时的流场．水翼网格模型如图２所示，利用滑移交界面将计算区域划分为两部分：内部圆形区域随水翼作俯仰—升沉运动；外部网格只受滑移交界面运动的影响，可以加密核心区域网格．在模拟过程中，采用动网格技术和用户自定义函数模拟水翼壁面边界振荡运动．雷诺数Ｒｅ为５０００００，湍流模型为Ｓｐａｌａｒｔ－Ａｌｌｍａｒａｓ模型，流场求解器采用基于压力的分离求解算法，压力和速度的耦合方法采用ＰＩＳＯ格式，计算中梯度的插值方法采用基于节点的Ｇｒｅｅｎ－Ｇａｕｓｓ方法，压力、动量、湍流黏性系数的离散格式选用二阶迎风格式，时间离散采用一阶隐式格式，ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ和ｖｅｌｏｃｉｔｙ残差的绝对收敛标准为１０－５．为了获得水翼所受的水动力特性，通过编写专门的用户自定义程序从Ｆｌｕｅｎｔ求解器中提取数据．为了验证网格数量及时间步长的独立性，采用不同的网格数量及时间步长进行数值模拟计算，结果如图３所示．结果表明，在本文所选择的参数范围内，网格的数量及时间步长对模拟结果的影响可以忽略．在确保模拟精度的前提下，为了减少计算的时间，选择的网格数量为０．７２×１０５，时间步长为１６００步／周期．将数值模型的模拟参数设置为文献［１０］的参数，获得的水翼瞬时升力系数如图４所示［１０］．在一个周期内，文献［１０］的Ｃ－Ｐ为０．９８６，η为３８．６８％．在一个周期内，本文模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于液压传动的振荡浮子式波浪发电系统设计[J]. 吕沁,李德堂,唐文涛,曹伟男,金豁然,胡星辰. 浙江大学学报(工学版). 2016(02)
[2]Frequency-based control of islanded microgrid with renewable energy sources and energy storage[J]. Konstantinos O.OUREILIDIS,Emmanouil A.BAKIRTZIS,Charis S.DEMOULIAS. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2016(01)
[3]应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究（英文）[J]. 刘臻,史宏达,刘芸. 哈尔滨工程大学学报. 2008(06)
本文编号：3534812
【文章来源】：浙江大学学报(工学版). 2018,52(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【图文】：
图１水翼运动模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｈｙｄｒｏｆｏｉｌ
式中：Ｓ为水翼的扫掠面积，Ｈ为水翼在竖直方向上的运动幅值，对于二维水翼，Ｓ＝Ｈ．２数值模拟与算例验证采用软件ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ来求解水翼发生振荡运动时的流场．水翼网格模型如图２所示，利用滑移交界面将计算区域划分为两部分：内部圆形区域随水翼作俯仰—升沉运动；外部网格只受滑移交界面运动的影响，可以加密核心区域网格．在模拟过程中，采用动网格技术和用户自定义函数模拟水翼壁面边界振荡运动．雷诺数Ｒｅ为５０００００，湍流模型为Ｓｐａｌａｒｔ－Ａｌｌｍａｒａｓ模型，流场求解器采用基于压力的分离求解算法，压力和速度的耦合方法采用ＰＩＳＯ格式，计算中梯度的插值方法采用基于节点的Ｇｒｅｅｎ－Ｇａｕｓｓ方法，压力、动量、湍流黏性系数的离散格式选用二阶迎风格式，时间离散采用一阶隐式格式，ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ和ｖｅｌｏｃｉｔｙ残差的绝对收敛标准为１０－５．为了获得水翼所受的水动力特性，通过编写专门的用户自定义程序从Ｆｌｕｅｎｔ求解器中提取数据．为了验证网格数量及时间步长的独立性，采用不同的网格数量及时间步长进行数值模拟计算，结果如图３所示．结果表明，在本文所选择的参数范围内，网格的数量及时间步长对模拟结果的影响可以忽略．在确保模拟精度的前提下，为了减少计算的时间，选择的网格数量为０．７２×１０５，时间步长为１６００步／周期．将数值模型的模拟参数设置为文献［１０］的参数，获得的水翼瞬时升力系数如图４所示［１０］．在一个周期内，文献［１０］的Ｃ－Ｐ为０．９８６，η为３８．６８％．在一个周期内，本文模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于液压传动的振荡浮子式波浪发电系统设计[J]. 吕沁,李德堂,唐文涛,曹伟男,金豁然,胡星辰. 浙江大学学报(工学版). 2016(02)
[2]Frequency-based control of islanded microgrid with renewable energy sources and energy storage[J]. Konstantinos O.OUREILIDIS,Emmanouil A.BAKIRTZIS,Charis S.DEMOULIAS. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2016(01)
[3]应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究（英文）[J]. 刘臻,史宏达,刘芸. 哈尔滨工程大学学报. 2008(06)
本文编号：3534812
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3534812.html
