单约束圆柱海流能发电流致振动数值模拟研究

论文摘要

随着全球经济的高速发展,世界各国都在面临着地球不可再生资源日益不足的难题,寻找可替代绿色能源已经成为很多国家重点发展的方向。在诸多新型可再生能源中,海洋洋流能源以其规模庞大、分布广泛、蕴藏量丰富等优势备受各国能源开发者青睐。目前对海流能的利用主要采取的水下涡轮机的模式,但水下涡轮机启动流速均大于2m/s,其应用受到了限制。因此基于流致振动技术的低流速海流能发电得到了更多的关注和发展。本文从单约束圆柱海流能涡激振动发电原理研究出发,通过建立单约束圆柱体物理模型,进行CFD数值模拟研究,对数值模拟结果进行分析。利用开发的双自由度圆柱振子涡激振动捕能效率分析软件对相关参数进行分析。本文主要工作内容如下:（1）文章采用一种新颖的单约束圆柱装置,通过简化模型,将其转化为单圆柱绕流和流固耦合振动问题,采用N-S方程作为不可压缩粘性流体的控制方程,通过流体软件CFX对单约束圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,研究选取两种雷诺数（Re=224,3900）,对不可压缩粘性流体中的单个固定圆柱绕流和弹性支撑刚性单圆柱体分别进行了数值模拟。在圆柱体数值模拟研究中得到了单圆柱受力云图、流速分布图,压力系数,升阻力系数等结果,通过与前人仿真结果对比验证所采用模型的正确性。在单约束圆柱流固耦合模拟计算中,得到了圆柱受力、位移时程曲线,升阻力系数,涡量图等结果,并与无耦合情况下的结果进行了比较,得到的结果与前人仿真比较吻合,说明本研究采取的方法具有可靠性。（2）通过对物理模型简化分析,结合双自由度涡激振动获取能量公式,对单约束圆柱涡激振动获能的主要参数进行了分析,采用Matlab语言开发了双自由度圆柱振子涡激振动捕能计算分析软件,通过对比前人实验结果比较,验证了软件的可靠性。然后计算多种工况,分别计算了阻尼比ζ、质量比m*、质量阻尼比m*ζ对单约束圆柱涡激振动能量转换效率η的影响,根据工况下在得到能量转换效率的最优取值范围。计算得知,选取不同的阻尼比ζ和不同的质量比m*对能量转换效率η影响比较大,根据计算所选取的参数范围可以使能量转换效率达到最大值。本文通过对单约束圆柱海流能发电流致振动数值模拟的研究,验证了该装置获能的可行性,未来可以采用比较合适的能量收集转换器,然后与发电传输装置配合,可实现规模化利用这种方式利用海流能。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 岳玉帅

导师: 白旭

关键词: 海流能,涡激振动,圆柱绕流,流固耦合,能量参数

来源: 江苏科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源

单位: 江苏科技大学

分类号: P743.1

总页数: 87

文件大小: 4329K

下载量: 182

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