垂直轴水轮机叶片及导流罩耦合效应的优化

论文摘要

近年来,我国海洋能的开发正处于飞速发展的黄金阶段,其开发利用正处在前所未有的战略发展机遇期,所以,把握当前时机对推动海洋能发展至关重要。其中潮流能转换装置是海洋能发展的重中之重,本文的研究对象水轮机便是目前被广泛研究的装置之一。本文以计算流体动力学仿真,即CFD仿真分析为主,对水轮机的导流罩性能进行分析,优化了装置中的参数,以提高整个系统的输出效率。主要研究成果如下:(1)对不同类型的水轮机叶轮进行对比,选取经过优化的Savonius型水轮机,其结构为二次Bezier函数型双叶片叶轮,斜度与拱度均为5/6,其最优尖速比系数为1.4,功率系数为0.32911。(2)根据水轮机获能公式,设计了能增大冲击到水轮机叶轮上水流流速的集流加速型导流罩,并设计了包括旋转内径、喷嘴宽度、喷嘴长度、倾斜角度等一系列可优化参数。(3)通过一系列正交优化,得出使水轮机功率系数最高两喷嘴导流罩的参数组合。加装此导流罩后,水轮机功率系数提升为0.44286,相比未加装导流罩的水轮机,功率系数提高了 34.56%。(4)运用正交优化,得出四喷嘴导流罩的最优参数组合,加装此导流罩后,水轮机功率系数为0.45056,相比未加装导流罩的水轮机,功率系数提高了 36.90%,但与加装两喷嘴导流罩的水轮机相比,功率系数仅提高了 1.74%。(5)在潮流发电模拟器试验台上进行模型试验。试验结果表明,为所选取的叶轮加装导流罩,可以有效的提高其获能效率,验证了仿真模拟部分的计算结果。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 潮流能及其特点

1.3 潮流能利用技术

1.3.1 水平轴式水轮机

1.3.2 垂直轴式水轮机

1.3.3 振荡水翼式发电装置

1.4 垂直轴潮流能水轮机的研究进展

1.4.1 水轮机叶型优化的研究进展

1.4.2 水轮机导流罩的研究进展

1.4.3 研究现状分析

1.5 本文研究的意义和主要内容

1.5.1 本文研究的意义

1.5.2 本文研究的主要内容

2 垂直轴潮流能水轮机的理论研究基础

2.1 潮流能水轮机的基本原理

2.2 潮流能水轮机导流罩的优化方式

2.3 水轮机优化理论基础

2.3.1 潮流能水轮机的关键参数

2.3.2 计算流体力学理论基础

2.4 本章小结

3 两喷嘴导流罩的设计与优化分析

3.1 导流罩装置的初步设计

3.1.1 计算模型的建立

3.1.2 计算域的fluent设置

3.2 导流罩装置的优化与分析

3.2.1 旋转内径与喷嘴部分参数的优化

3.2.2 喷嘴倾斜角度与出水口挡板的优化

3.2.3 出水口部分的进一步优化

3.3 本章小结

4 四喷嘴导流罩的设计与优化分析

4.1 导流罩装置的优化与分析

4.1.1 旋转内径与喷嘴参数的优化

4.1.2 出水口部分参数的优化

4.2 本章小结

5 潮流发电模拟器的整体设计与试验

5.1 潮流模拟部分的设计

5.2 水轮机运动部分的设计

5.3 数据信号采集部分的设计

5.4 模型试验与数据分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 方文兴

导师: 朱新河,董文仲

关键词: 型水轮机,仿真模拟,导流罩装置,工作性能

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,动力工程,新能源

单位: 大连海事大学

分类号: P743;TK730.3

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001522

总页数: 71

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