水能是我國(guó)僅次于煤炭的第二大能源,也是可再生能源中能夠形成最大供給規(guī)模的清潔能源,而其中豐富的微水頭資源（河流、運(yùn)河、水庫(kù)、電廠尾水、管道供水、城市廢水、海洋新能源等）因經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較低,未得到有效開(kāi)發(fā)利用,有廣闊的開(kāi)發(fā)前景,如何有效的利用微水頭資源,進(jìn)行水力發(fā)電是水資源利用和水電技術(shù)的一個(gè)重要方面和研究課題。鑒于現(xiàn)有水力發(fā)電裝置多集中于勢(shì)能發(fā)電,而針對(duì)動(dòng)能的潮流能水輪機(jī)有體積過(guò)大、啟動(dòng)流速高等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了微水頭低流速的發(fā)電裝置。該裝置由水流加速裝置、復(fù)合葉輪、發(fā)電機(jī)、尾水管組成。水流加速裝置由水流梯度導(dǎo)流罩、入水口和導(dǎo)流葉片組成;復(fù)合葉輪由水平軸葉輪、翼型垂直軸葉輪、錐齒組組成。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:（1）利用貝茨理論進(jìn)行功率計(jì)算得到理想出入口流速比;基于導(dǎo)流罩推力系數(shù)選擇導(dǎo)流罩類型;基于葉素定理進(jìn)行水平軸葉輪設(shè)計(jì)和尾流處垂直葉輪的設(shè)計(jì)。（2）根據(jù)已知數(shù)據(jù)、水力計(jì)算和功率效率計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)對(duì)水流加速裝置、葉輪等主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。所有的尺寸等數(shù)據(jù)都得到后,利用這些數(shù)據(jù)用SolidWorks對(duì)主要零部件進(jìn)行三維建模,并裝配整體裝置。（3）部分零部件使用ANSYS中的workbench... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

聚能導(dǎo)流結(jié)構(gòu)和水輪機(jī)示意圖

中北大學(xué)學(xué)位論文5構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)很好的解決了水流沖擊葉片的角度，并且水流的速度也將發(fā)生變化。這種機(jī)構(gòu)主要解決了水輪機(jī)效率偏低的問(wèn)題。他們并且對(duì)于獲能結(jié)構(gòu)水流角度、葉片密度、葉片與殼體間的間隙對(duì)水輪機(jī)效率的影響[23]。與此同時(shí)英國(guó)的LunarEnergyLtd公司研制出2MW多葉片RTT(RotechTidalTurbine)潮流能水輪機(jī)，在機(jī)組外部安裝直徑25m的文氏管雙向?qū)Я髡�，既能增大發(fā)電機(jī)組葉輪的轉(zhuǎn)速，又能適應(yīng)潮流雙向流動(dòng)性，對(duì)于水能流水力發(fā)電裝置的葉片設(shè)計(jì)提供了很大的幫助[24,25]。英國(guó)SeaGen潮汐能發(fā)電裝置也已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)[26]。如下圖1-2所示。圖1-2英國(guó)SeaGen潮汐能發(fā)電裝置Figure1-2BritishSeaGentidalenergypowerplant如今，國(guó)內(nèi)外對(duì)葉輪的研究主要有水平軸葉輪和垂直軸葉輪，水平軸葉輪和垂直軸葉輪各有利弊。垂直軸葉輪由于技術(shù)研發(fā)水平相對(duì)滯后、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其在兆瓦級(jí)大型發(fā)電機(jī)市場(chǎng)占有率不高，所以現(xiàn)在大部分發(fā)電機(jī)葉輪都是水平軸的[27,28]，而水平軸葉輪發(fā)電效率低，啟動(dòng)流速較高[29,30]，所以如何提高水流能源的捕獲效率，以及進(jìn)一步提升發(fā)電的電能質(zhì)量至關(guān)重要[31,32,33]。水平軸式葉輪采用水平軸式布局，是通過(guò)水流流動(dòng)的動(dòng)能帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行發(fā)電[34,35]。而葉片的優(yōu)化與選型，是垂直軸葉輪的主要研究?jī)?nèi)容。使用的葉片翼型不相同，將導(dǎo)致水流能發(fā)電裝置的發(fā)電功率就不同，水力葉片的水力性能不同就會(huì)產(chǎn)生較為明顯的差別[36,37]。安裝垂直軸葉輪的周圍將會(huì)產(chǎn)生比較復(fù)雜的、有一定規(guī)模的渦流運(yùn)動(dòng)[38]。垂直軸式潮流能水輪機(jī)當(dāng)中，比較常用的是直葉片Darrieus水輪機(jī)和螺旋葉片Gorlov水輪機(jī)。這種水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)固可靠，適應(yīng)實(shí)時(shí)流向等特點(diǎn)，在當(dāng)前大能

中北大學(xué)學(xué)位論文7（1）利用貝茨理論進(jìn)行功率計(jì)算得到理想出入口流速比；基于導(dǎo)流罩推力系數(shù)選擇導(dǎo)流罩類型；基于葉素定理進(jìn)行水平軸葉輪設(shè)計(jì)和尾流處垂直葉輪的設(shè)計(jì)。（2）根據(jù)已知數(shù)據(jù)、水力計(jì)算和功率效率計(jì)算獲得的數(shù)據(jù)對(duì)水流加速裝置、葉輪等零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。所有的尺寸等數(shù)據(jù)都得到后，利用這些數(shù)據(jù)用SolidWorks對(duì)主要零部件進(jìn)行三維建模，并裝配整體裝置。（3）部分零部件使用ANSYS中的workbench的FluidFlow（Fluent）模塊，提取流體域、劃分網(wǎng)格、Fluent數(shù)值模擬計(jì)算以及后處理。根據(jù)水動(dòng)力性能分析結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)整體裝置。利用Fluent仿真軟件進(jìn)行整體分析，采用MRF（movingreferenceframe）模型，模擬經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的微水頭低流速能量收集裝置。（4）設(shè)計(jì)的原始樣機(jī)，因體積較大不便于實(shí)驗(yàn)，所以又設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)室相似樣機(jī)，相似樣機(jī)與原始樣機(jī)間縮放比例1：3。利用3D打印技術(shù)，得到設(shè)備的相似樣機(jī)的零部件，并組裝出實(shí)驗(yàn)相似樣機(jī)。相似樣機(jī)在戶外微水頭低流速水域進(jìn)行實(shí)機(jī)測(cè)試，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。本文設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)路線如下圖1-3所示：圖1-3技術(shù)路線Figure1-3Technicalroute

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]我國(guó)電能競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)模型及應(yīng)用研究[D]. 郭琳.華北電力大學(xué)(北京) 2016
[3]潮流水輪機(jī)發(fā)電效率及潮流能資源估算研究[D]. 王玉萌.山東大學(xué) 2014
[4]小型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉輪動(dòng)力性能研究[D]. 徐艷飛.三峽大學(xué) 2012
[5]小型水流能發(fā)電裝置設(shè)計(jì)與仿真[D]. 孟維文.武漢理工大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3242324