海洋温差能发电装置中冷水管的动态稳定性分析

论文摘要

海洋温差能发电Ocean Thermal Energy Conversion（OTEC）是一种利用表、深层海水的温度差（20°24°）进行发电的可再生能源技术。近年来,为了满足OTEC发电装置的商业化发展需求,悬臂式冷水管在长度上达到5001000m,直径上达到410m,从而抽取大量的深层冷海水。当管内流速超过某一临界值时,冷水管会发生动态失稳现象,这无疑是危险的。为了确保冷水管工作过程中的安全性,研究管内流动对冷水管动态稳定性的影响。基于悬臂抽水管道梁模型,通过压力损失系数Kloss、轴向速度比α、流速角比ψ和横向速度比（？）描述管道自由端边界条件,获得冷水管在内流作用下的控制方程。通过广义边界力做功和行波法分析发现,管道在非常小的流速下就会失稳,然而实验结果表明管道只会在流速足够大时发生动态失稳。通过特征频率进一步分析发现,在管外流体阻尼力和参数（？）相关的进流口处横向流体动力的联合作用下,管道在低流速下保持稳定、在高流速下发生动态失稳,定性解决了理论分析和实验现象在临界流速上的不一致,而（？）=0被Pa?doussis等学者认为是对进流口流场的正确描述。然而,依托于Kuiper部分浸没式实验,从流体动力做功和临界状态的角度分析发现,（？）=0的进流口流场模型不能很好地解释管道在不同形状的束流嘴作用下均会发生动态失稳的实验现象;相反,（？）>0的进流口流场模型在使得束流嘴的影响几乎为零的同时,还能够获得较大的临界流速值,与Kuiper实验现象相符。同时,在考虑非线性阻尼力的情况下,通过时程图和相平面图分析发现,参数（？）和ψ对管道失稳后运动幅值有很大的影响,并且Kuiper所观察到的交替发生的失稳后运动与二者的不稳定性有关。进流口流场条件的正确评估是准确预测动态失稳的前提条件。本文的研究内容对于冷水管在内流作用下的稳定性分析和失稳预测具有一定的价值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 司东洋

导师: 陈刚

关键词: 海洋温差能,冷水管,内流,动态失稳,进流口流场

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 上海交通大学

分类号: TM913;P743.4

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.001777

总页数: 116

文件大小: 5154K

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标签：海洋温差能论文;  冷水管论文;  内流论文;  动态失稳论文;  进流口流场论文;