论文摘要
在实际海洋环境中,海洋动力过程复杂多样。潮流运动往往和波浪相互作用,发生浪流联合作用的环境载荷,这种耦合流动会对海工建筑物、航道等产生巨大的破坏。本文以垂直轴三叶片潮流能水轮机为研究对象,通过数值模拟方法建立了二阶stokes波浪水槽,在波浪与均匀流的联合作用下,研究水轮机运行过程中的水动力性能变化;与此同时针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点提出相应的改善方法,主要研究内容及相关结论如下:1)确立以二阶斯托克斯波浪方程为基础,根据行波解析解探究了数值波浪边界条件的合理给定方式,采用边界造波法、阻尼消波技术及VOF自由表面处理方法,基于CFX软件构建了二维和三维的数值波浪水槽,成功实现了二阶Stokes波浪的数值模拟。数值波浪具有良好的品质,在爬升和下降的传播过程中具有良好的稳定性和周期性,与理论波形较好的吻合。在波浪参数误差中,因波浪粘性作用导致能量耗散造成波高误差值最大。2)基于波浪的数值模拟方法,在三维水槽中添加垂直轴潮流能水轮机,进行二阶Stokes波浪与均匀流联合环境对水轮机的模拟分析,对比了均匀流和浪-流联合条件中水轮机性能和内部流场。结果表明,浪流耦合流动造成了输出能量的极大波动,加剧了机组的不稳定性。内部实际流场是随着浪流耦合流动而不断变化的非稳态流场,受浪流叠加作用变得更加复杂紊乱,在叶片尾部和转轴后方形成较长的涡带。3)针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点,引入了一种螺旋“三角型”叶片来替代传统直叶片H型叶轮,研究了均匀流环境下螺旋“三角型”叶轮的水力性能。经过综合对比,15°螺旋包角的叶轮性能最佳,提升了能量捕获系数的同时改善了能量输出稳定性。此外,通过叶轮改型前后的内流场对比发现,螺旋叶轮不仅有效地减小了叶片尾涡的尺寸和范围,也减小了叶片上水压力脉动的幅值,有利于机组运行稳定性的提高。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 景信信
导师: 冯建军,朱国俊
关键词: 波浪水槽,二阶波,浪流联合环境载荷,潮流能垂直轴水轮机,螺旋叶片
来源: 西安理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地球物理学,水利水电工程,水利水电工程,电力工业
单位: 西安理工大学
基金: 国家重点研发计划(2018YFB1501900),陕西省自然科学棊础研究计划资助项目(2018JM5102)
分类号: TV734.1;TV136.1
总页数: 69
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标签：波浪水槽论文; 二阶波论文; 浪流联合环境载荷论文; 潮流能垂直轴水轮机论文; 螺旋叶片论文;