潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究
潮流能是一种比较丰富的海洋能源,它具有可预测、流速平稳等特点。水平轴潮流能水轮机因其效率较高、转动平稳等原因在潮流能的开发中广泛应用,许多研究机构对水平轴水轮机进行了研究和试验。但由于潮流能的开发还处于初级阶段,对潮流能水轮机的研究还不够深入。本文从水轮机叶片优化设计出发,通过计算流体动力学(CFD)方法、叶素-动量理论(BEM)和试验的方法,研究了水轮机在潮流中的水动力特性。 本文首先总结了各国潮流能水轮机研究的概况,分析水轮机叶片参数,提出研究内容和技术路线;介绍了潮流能水轮机叶片设计和性能分析的基本理论,利用翼型设计和分析软件,得到翼型特性参数;根据优化原理,计算得到叶片参数,利用三维建模软件得到叶片的三维实体。 运用CFD方法,建立潮流能水轮机分析模型,对不同形式水轮机在不同工况下进行水动力性能的模拟分析,初步总结水轮机水动力性能;结合BEM理论,建立预测水轮机能量系数和轴向力系数的数学模型,通过编程计算快速得到水轮机特性参数;在此基础上,为提高水轮机能量效率,研究了不同形式,不同尺寸导流罩水动力性能,分析了导流罩几何形状和参数等因素的影响,优化了导流罩结构形式;利用CFD方法对导流罩潮流能水轮机与无导流罩水轮机水动力性能进行对比分析,证明增加导流罩可较大幅度提高水轮机能量效率;最后,通过模型试验,充分验证CFD方法和BEM方法的正确性。 本文通过对水轮机水动力特性的研究,初步揭示了潮流能水轮机在不同工况下的性能,为潮流能水平轴水轮机的水动力特性分析提供了参考和指导,为潮流能水平轴水轮机在工程应用中提供了有意的理论基础。
水平轴水轮机;水动力性能;数值模拟;潮流能;叶片优化
中国海洋大学
硕士
机械电子工程
王树杰
2012
中文
TK730.3;P743
93
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）