双螺旋转子式波浪能发电装置数值仿真与实验研究

发布时间：2017-05-15 22:08

  本文关键词：双螺旋转子式波浪能发电装置数值仿真与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波浪能蕴藏丰富,便于采集利用,是环保无污染可再生的绿色能源。在当前能源危机的社会背景下,波浪能的开发利用对社会发展、经济繁荣和边防建设的能源供应有着重要意义。针对课题组提出的双螺旋转子式波浪能装置,本文从理论分析、仿真模拟、水槽实验三个方面进行了相关研究。主要内容有:(1)从能源利用与社会发展的角度阐述课题研究的背景和意义,并对国内外波浪能装置进行分类研究,分析这些装置的工作机理及装置特性;(2)对装置与波浪相互作用机理进行分析,基于三维势流理论,分别得出过流部件圆管所受波浪力方程和叶轮叶片上的动力方程,为后面三维全流道模拟仿真中相关物性参数、边界条件等项设置提供流体力学参考;(3)利用计算流体力学计算软件进行了三维全流道模拟仿真,研究表明:当来流速度较小时,12mm叶片厚度时的转矩略大于另外两种情况,可以说叶片厚度对转矩影响不大;而当来流速度较大时,叶片厚度对转矩影响明显起来,叶片厚度为8mm时的转矩最小,叶片厚度为4mm时的转矩大于另外两种情况,说明在来流速度较大时,叶片越薄,叶片形状越符合流线,装置效率越高;在不同流速下,转矩随着叶片高度的增加而降低;在不同流速下,随着叶轮长度的增加,转矩先升后降,在60mm附近处较大;叶缘间隙对转矩的影响还是比较明显的,随着间隙越大,转矩却在减小;间隙增大,泄漏损失增加,装置效率降低;随着叶片数的增加,转矩先升后降,在叶片数15左右达到最大,来流速度越大,这种现象越明显;附加收缩段能够有效地改变流动状态,获得较大的转轮转矩,对提升装置效率很有帮助,收缩段倾斜角在15?时转矩最大;(4)对装置模型进行波浪水槽实验,改变造波参数,采集装置输出参数,分析波浪对装置性能的影响,针对实验中出现的问题提出参考性建议。实验表明,40cm水深时,装置转速最快,且转速随着周期的增加而降低。
【关键词】：波浪能 双螺旋转子 能量转换 CFD仿真 水槽实验
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612;P743.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题的研究背景和意义10-11
• 1.1.1 传统能源危机10
• 1.1.2 传统能源带来的环境污染10-11
• 1.1.3 我国波浪能利用的有利条件11
• 1.2 波浪能发电装置工作原理及应用概况11-19
• 1.2.1 振荡水柱式波浪能发电装置12-14
• 1.2.2 收缩波道式波浪能发电装置14
• 1.2.3 浮子式波浪能发电装置14-16
• 1.2.4 摆式波浪能发电装置16-17
• 1.2.5 筏式波浪能发电装置17-18
• 1.2.6 鸭式波浪能发电装置18-19
• 1.3 波浪能利用的发展趋势19-20
• 1.4 双螺旋转子式波能装置的提出20-21
• 1.5 本论文的主要内容21-22
• 第2章 装置的水动力学分析22-29
• 2.1 圆管在波浪作用下的受力分析22-24
• 2.1.1 圆管绕流流场的总速度势22-24
• 2.1.2 圆管上的流体作用力24
• 2.2 装置转轮叶片的受力分析24-27
• 2.3 装置采能效率27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 转轮内部流动模型建立与网格划分29-37
• 3.1 CFD仿真工作流程29
• 3.2 流动控制方程及其封闭29-30
• 3.3 控制方程的离散方法30-31
• 3.4 基于Solidworks的三维建模31-33
• 3.4.1 叶轮的几何建模32
• 3.4.2 流场计算域的建模32-33
• 3.5 网格划分及设置33-35
• 3.5.1 子区域的划分34
• 3.5.2 网格无关性验证34-35
• 3.6 收敛判断35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 双螺旋装置的水动力性能仿真分析37-57
• 4.1 叶片厚度的影响37-40
• 4.1.1 计算设置37
• 4.1.2 转矩随叶片厚度变化分析37-38
• 4.1.3 流场分析38-40
• 4.2 叶片高度的影响40-43
• 4.2.1 计算设置40
• 4.2.2 转矩随叶片径向长度变化分析40-41
• 4.2.3 流场分析41-43
• 4.3 叶轮长度的影响43-45
• 4.3.1 计算设置43
• 4.3.2 转矩随叶轮长度变化分析43-44
• 4.3.3 流场分析44-45
• 4.4 轮缘间隙的影响45-48
• 4.4.1 计算设置45-46
• 4.4.2 转矩随叶缘间隙变化分析46
• 4.4.3 流场分析46-48
• 4.5 叶片数的影响48-51
• 4.5.1 计算设置48
• 4.5.2 转矩随叶片数变化分析48-49
• 4.5.3 流场分析49-51
• 4.6 圆管形状的影响51-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 双螺旋转子式波浪能装置的水槽实验研究57-63
• 5.1 实验目的57
• 5.2 实验装置57-61
• 5.2.1 实验水槽57-59
• 5.2.2 数据测量系统59
• 5.2.3 波浪能采集装置实验模型59-60
• 5.2.4 实验台的布置60-61
• 5.3 实验过程61
• 5.4 实验结果分析61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 工作展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 在学期间发表的学术论文70

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本文编号：369006