本文關(guān)鍵詞：水平軸潮流輪機葉片優(yōu)化及數(shù)值模擬研究

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【摘要】：通過在將潮流中的動能轉(zhuǎn)化成葉片的旋轉(zhuǎn)動量以此來驅(qū)動電機的發(fā)電設(shè)備稱為潮流輪機,與傳統(tǒng)的堤壩式潮汐電站相比,潮流輪機的發(fā)電成本更低。近年來,由于溫室效應(yīng)日益嚴(yán)峻,節(jié)碳減排放成為可再生能源關(guān)注的重點,與風(fēng)能相比,潮流能能量密度更大,可預(yù)測性更強,因而稱為世界科研的新熱點。如何有效且高效的獲取潮流能資源稱為研究的主要命題。一方面要設(shè)計研發(fā)新的潮流輪機適用的新的翼型族,保證翼型在工作時能滿足潮流輪機對動力學(xué)特性的要求,同時開發(fā)新的潮流輪機葉片提升潮流輪機的能量利用效率。另一方面需要建立起合理且有效的潮流輪機特性預(yù)測方法,提升設(shè)計水平,以此來設(shè)計出高效運行的潮流輪機機組。因此,開發(fā)新的潮流輪機適用翼型,改善翼型的動力學(xué)特性為潮流輪機翼型設(shè)計提供優(yōu)秀的翼型族是設(shè)計高效潮流輪機機組的基礎(chǔ)。要設(shè)計優(yōu)秀的葉片氣動外形,必須對現(xiàn)有的預(yù)測模型進行論證以及改善,提升其預(yù)測精度。本文以NACA63-8XX系列翼型潮流輪機為研究對象對其基礎(chǔ)翼型,氣動外形工作特性預(yù)測方法進行了研究,其具體內(nèi)容如下:本文采用了翼型動力學(xué)預(yù)測軟件XFoil并驗證了其預(yù)測結(jié)果的精度,結(jié)合MATLAB平臺,采用嵌入編程,以NACA63-815翼型為基礎(chǔ)模板翼型,參數(shù)化翼型結(jié)構(gòu)后,并驗證了參數(shù)化翼型的幾何收斂以及氣動收斂特性。通過界定翼型參數(shù)的優(yōu)化范圍,采用粒子群算法,以翼型的動力學(xué)特性為優(yōu)化函數(shù),采用多目標(biāo)權(quán)重優(yōu)化,得到了優(yōu)化翼型。分析了優(yōu)化翼型與原翼型之間動力學(xué)參數(shù)變化,發(fā)現(xiàn)翼型的升力系數(shù)提升明顯,翼型的升阻比在0~20°范圍內(nèi),均有不同程度的提升,驗證了翼型動力學(xué)特性優(yōu)化結(jié)果。基于葉素動量定理方法(BEM),采用翼型動力學(xué)預(yù)測軟件XFoil軟件提供實時的翼型動力學(xué)參數(shù)參與葉片葉素截面的徑向速度系數(shù)以及軸向速度系數(shù)的迭代過程,引入了描述翼型局部雷諾效應(yīng)的雷諾數(shù)算法,得到了雷諾數(shù)修正的葉素動量定理模型,比較了其計算精度與未考慮雷諾數(shù)算法的潮流輪機商業(yè)軟件的計算結(jié)果,表明雷諾數(shù)修正的潮流輪機預(yù)測模型的準(zhǔn)確性以及預(yù)測精度均有所提升。且在高轉(zhuǎn)速區(qū)域,雷諾數(shù)修正的葉素動量定理模型的預(yù)測誤差由原來的50%降低到7%。采用優(yōu)化的翼型族對潮流輪機的葉片氣動幾何特性進行了改善,基于XFoil以及修正的雷諾數(shù)BEM模型,對潮流輪機在不同的葉尖速度比(TSR)下的能量利用系數(shù)進行優(yōu)化,得到了優(yōu)化潮流輪機的氣動幾何特征。分析了優(yōu)化葉片在不同葉尖速度比(TSR)下的性能特性,發(fā)現(xiàn)潮流輪機的性能與原潮流輪機相比,除TSR=6時,性能些許下降外,其余工況下,潮流輪機的特性均有提升,最大能量系數(shù)提升了10%。采用UG對潮流輪機的幾何機型了三維建模,采用ICEM對潮流輪機的流場域進行了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的劃分,采用了SST湍流模型對潮流輪機進行數(shù)值預(yù)測。得到了求解的潮流輪機速度場以及壓力場的分布。分析了潮流輪機的葉片表面的壓力分布以及速度分布情況,同時對潮流輪機的近尾流區(qū)域進行了分析,解析了其速度場的分布規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：潮流輪機 翼型優(yōu)化 粒子群算法 葉片優(yōu)化 數(shù)值計算
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM31
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-20
• 1.1.1 潮流能概況11
• 1.1.2 潮流能分布11-12
• 1.1.3 潮流能開發(fā)意義12-13
• 1.1.4 國內(nèi)外潮流輪機發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.1.5 潮流輪機研究現(xiàn)狀15-19
• 1.1.6 本文研究的主要內(nèi)容19-20
• 第二章 潮流輪機二維翼型設(shè)計優(yōu)化20-33
• 2.1 翼型的動力學(xué)特性基礎(chǔ)20-24
• 2.1.1 翼型的基本幾何參數(shù)20
• 2.1.2 翼型的動力學(xué)參數(shù)20-22
• 2.1.3 XFoil翼型的動力學(xué)特性預(yù)測22-24
• 2.2 翼型的參數(shù)化及優(yōu)化設(shè)計24-32
• 2.2.1 翼型的參數(shù)化24-29
• 2.2.2 翼型的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化29-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第三章 潮流輪機特性預(yù)測及優(yōu)化33-48
• 3.1 潮流輪機的葉素動量定理算法優(yōu)化及特性預(yù)測33-42
• 3.1.1 葉素動量定理（BEM）33
• 3.1.2 經(jīng)典BEM理論33-35
• 3.1.4 潮流輪機的參數(shù)35-36
• 3.1.5 潮流輪機特性計算結(jié)果及分析36-42
• 3.2 潮流輪機的葉片優(yōu)化設(shè)計42-46
• 3.2.1 潮流輪機原型尺寸及參數(shù)42
• 3.2.2 潮流輪機葉片優(yōu)化42-43
• 3.2.3 潮流輪機葉片優(yōu)化結(jié)果43-46
• 3.3 本章小結(jié)46-48
• 第四章 潮流輪機的三維建模及數(shù)值計算48-67
• 4.1 潮流輪機葉片三維建模及網(wǎng)格拓撲48-51
• 4.1.1 潮流輪機參數(shù)48-50
• 4.1.2 計算域劃分50-51
• 4.1.3 網(wǎng)格拓撲51
• 4.2 潮流輪機數(shù)值計算設(shè)置51-55
• 4.2.1 邊界條件設(shè)置51-52
• 4.2.2 湍流模型52-54
• 4.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性試驗及壁面y+驗證54-55
• 4.3 潮流輪機定常數(shù)值計算分析55-65
• 4.3.1 性能特性分析55-56
• 4.3.2 葉輪的總壓力變化56-57
• 4.3.3 潮流輪機壓力內(nèi)流場分析57-62
• 4.3.4 潮流輪機速度內(nèi)流場分析62-64
• 4.3.5 潮流輪機葉尖渦分析64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 工作總結(jié)67-69
• 工作展望69-70
• 參考文獻70-76
• 致謝76-77
• 碩士期間參與的科研項目及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文77-78
• 附錄78-92

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張劍鋒,劉思永;水平軸風(fēng)力渦輪性能的升力線算法[J];太陽能學(xué)報;1997年01期

2 張劍鋒,劉思永;水平軸風(fēng)力渦輪性能的改進升力線算法[J];太陽能學(xué)報;1997年02期

3 李軍向;薛忠民;王繼輝;;水平軸風(fēng)機氣動性能影響因素研究(英文)[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2008年06期

4 金鴻年;;水平軸強制式混凝土攪拌機[J];混凝土及建筑構(gòu)件;1981年02期

5 蔡維克;質(zhì)點在繞水平軸等速旋轉(zhuǎn)一般柱面型葉片上運動的微分方程[J];四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報;1984年02期

6 阮志坤,周敏,張杰,房宗義;水平軸風(fēng)車氣動性能正反問題解法及計算機程序[J];太陽能學(xué)報;1986年02期

7 李振安;關(guān)于“質(zhì)點在繞水平軸等速旋轉(zhuǎn)平面型葉片上運動分析”的幾個問題——與胡瑞，

本文編號：996420