本文主要通過數(shù)值模擬的方法對潮流能水輪機進行研究,同時完成了水輪機模型的優(yōu)化設(shè)計和實驗來對比驗證數(shù)值模擬的結(jié)果。在數(shù)值模擬部分,使用了傳統(tǒng)的雷諾時均和制動線大渦模擬耦合方法兩種算法,從水輪機性能和流場捕捉兩個角度分析了兩種算法的預(yù)報能力和結(jié)果。發(fā)現(xiàn)兩種方法都能準確地預(yù)報水輪機的性能,而制動線結(jié)合大渦模擬的算法由于避免了對壁面附近邊界層的求解,因而大幅地減少了網(wǎng)格數(shù)和計算量。同時該方法可以有效地利用大渦模擬的優(yōu)勢來捕捉流場中瞬時的渦量結(jié)構(gòu),分析水輪機的尾流和泄渦特征。在此基礎(chǔ)上,我們進一步研究了均勻流,剪切流和海洋邊界層內(nèi)的湍流三種不同條件對水輪機尾渦結(jié)構(gòu)的影響。此外,本文進一步發(fā)展了制動線和自由面耦合的算法,考慮了阻塞效應(yīng)和自由面對水輪機的影響。發(fā)現(xiàn)阻塞效應(yīng)可以顯著地提高水輪機的功率,而自由面在水輪機上方產(chǎn)生的駐波則會顯著地削弱阻塞效應(yīng),降低水輪機的功率。通過以上工作,本文系統(tǒng)地闡述了制動線結(jié)合大渦模擬的算法和結(jié)果,并將其應(yīng)用于多種復雜流動條件,得到水輪機單機和陣列做功效率和流場的特征。 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

潮流能水輪機示意圖

輪機在眾多的潮流能轉(zhuǎn)換裝置中脫穎而出，被認為具有高度的發(fā)展了常見的水平軸和垂直軸水輪機的示意圖。和水平軸水輪機相比，著一些缺點。比如，在碰到突發(fā)的情況下更難停止工作。因此它脫離流動的影響，而水平軸的水輪機則可以通過調(diào)節(jié)葉片的角度的升力；相比水平軸水輪機，垂直軸水輪機需要保持表面的拋光比，以及獲得理想的效率。而在海底，這往往比較困難；垂直軸葉片都處在最大轉(zhuǎn)速的區(qū)域，因此它對于空泡的產(chǎn)生會更加地敏看水平軸水輪機具有更好的適用性。本文只研究了水平軸水輪機的殊說明，后文中所提到的水輪機都指水平軸水輪機。水輪機和傳統(tǒng)的風力發(fā)電機在做功方式以及能量轉(zhuǎn)化過程上都有翼型剖面構(gòu)成的葉片在風力的作用下旋轉(zhuǎn)做功，其中葉片產(chǎn)生的功的來源。潮流中的動能轉(zhuǎn)化為葉片旋轉(zhuǎn)的動能，進而推動發(fā)電水輪機能量轉(zhuǎn)化的過程并不復雜，但是由于葉片的復雜形狀以及境流動的影響，使得對水輪機做功效率的研究仍然具有很大的挑

上海交通大學碩士學位論文vcDCd221∞=ρ（此處，ρ 是流體密度，c 是翼型的長度，通常指的是弦長。1.2 葉素動量理論計算方法素動量理論是潮汐水輪機計算的一種常用理論。在葉素動量模型中，有理論假設(shè)：）不考慮各個環(huán)形單元在徑向的受力影響，即認為他們各自的受力都是）假設(shè)葉輪為無窮葉輪，并且在每個環(huán)形單元上的受力是定常的。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]潮流能研究現(xiàn)狀2015——水動力學[J]. 張亮,尚景宏,張之陽,姜勁,王曉航.  水力發(fā)電學報. 2016(02)

博士論文
[1]潮流水輪機及陣列對周邊流場影響研究[D]. 陳婭玲.清華大學 2015

碩士論文
[1]復雜工況下潮流能水平軸水輪機水動力性能研究及葉片優(yōu)化[D]. 盛傳明.中國海洋大學 2014
[2]基于大渦模擬方法的數(shù)值風洞技術(shù)與應(yīng)用研究[D]. 孫忠.西安建筑科技大學 2013



本文編號：3558580