本文選題：浮式載體　切入點(diǎn)：垂直軸潮流能水輪機(jī)　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：潮流能在新能源開(kāi)發(fā)利用中占據(jù)重要地位,是一種潛力頗大的清潔可再生能源。國(guó)內(nèi)外運(yùn)行的潮流能發(fā)電系統(tǒng)按其載體結(jié)構(gòu)形式可分為漂浮式、樁柱式和重力式等,由于漂浮式潮流能電站載體適用水深范圍大、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的認(rèn)可。然而,浮式潮流電站載體的水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜,若按常規(guī)的船舶或浮式海洋結(jié)構(gòu)來(lái)處理,將水輪機(jī)的水動(dòng)力按一定比例的阻尼直接加到載體上,不考慮水輪機(jī)與載體的流場(chǎng)相互干擾,這種粗略的估計(jì)方法所導(dǎo)致的偏差可能很大。因此,研究帶有潮流能水輪機(jī)的浮式載體在風(fēng)浪和急流中的水動(dòng)力及其運(yùn)動(dòng)特性是潮流能電站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文研究浮式載體帶有立軸潮流能水輪機(jī)的水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,在勢(shì)流理論的框架下建立波浪中帶有水輪機(jī)的浮式載體的運(yùn)動(dòng)方程,研究載體加水輪機(jī)的水動(dòng)力及其運(yùn)動(dòng)的計(jì)算方法,探討水輪機(jī)對(duì)載體水動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律。首先,概括了潮流能的利用、潮流能發(fā)電站以及立軸潮流能水輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)立軸水輪機(jī)的水動(dòng)力計(jì)算理論以及一般浮體在波浪中運(yùn)動(dòng)的勢(shì)流理論進(jìn)行了綜述;然后,基于牛頓第二定律,將運(yùn)動(dòng)流體中水輪機(jī)的受力作為外載荷加到載體上,建立了浮式載體加水輪機(jī)在波浪中的一般運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)于微幅波浪的情況,研究浮式載體加水輪機(jī)運(yùn)動(dòng)方程的頻域求解方法:將載體在規(guī)則波中的六自山度運(yùn)動(dòng)分解為輻射問(wèn)題和繞射問(wèn)題,獲得規(guī)則波中載體水動(dòng)力系數(shù)的速度勢(shì)表達(dá)以及頻域運(yùn)動(dòng)微分方程;對(duì)于立軸水輪機(jī)隨浮體在波浪中運(yùn)動(dòng)的受力問(wèn)題,基于切片理論建立直葉片水輪機(jī)的水動(dòng)力模型,并表達(dá)為水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)的形式。作為本文帶有水輪機(jī)的浮體水動(dòng)力學(xué)模型和六自由度頻域求解方法的應(yīng)用,不失一般性,研究典型的圓盤型浮式載體在規(guī)則波中作縱蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。首先列出立軸水輪機(jī)在水流中作縱蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力表達(dá)式,進(jìn)而導(dǎo)出了載體加水輪機(jī)縱蕩、縱搖兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)方程。數(shù)值計(jì)算時(shí),以水輪機(jī)處于不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)作為研究算例,分別取水輪機(jī)葉輪處于0°、45°和90°位置角作為研究對(duì)象。將水輪機(jī)在均勻流中受力的CFD模擬結(jié)果,擬合為葉輪各個(gè)位置角時(shí)水輪機(jī)的水動(dòng)力導(dǎo)數(shù)。對(duì)載體加水輪機(jī)的頻域運(yùn)動(dòng)方程采用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行編程求解,分別求得了無(wú)水輪機(jī)載體、載體加水輪機(jī)縱蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)幅值數(shù)值結(jié)果;研究了水輪機(jī)在不同葉輪位置角時(shí)對(duì)載體的水動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)幅值產(chǎn)生不同程度影響的規(guī)律。
[Abstract]:Tidal energy plays an important role in the development and utilization of new energy, and it is a kind of clean and renewable energy with great potential.The domestic and foreign tidal current power generation system can be divided into floating type, pile type and gravity type according to its carrier structure. Because of its wide range of water depth and convenient installation and maintenance, floating tidal power station has been widely recognized.However, the hydrodynamic force and motion of the carrier of floating tidal power station are very complicated. If the hydrodynamic force of hydraulic turbine is treated according to the conventional ship or floating ocean structure, the hydrodynamic force of hydraulic turbine is directly added to the carrier according to a certain proportion of damping.Without considering the interference between turbine and carrier, the deviation caused by this rough estimation method may be very large.In this paper, the hydrodynamic problem of floating carrier with vertical current turbine is studied. The equation of motion of floating carrier with turbine in wave is established under the framework of potential flow theory.The calculation method of hydrodynamic force and motion of carrier turbine is studied, and the influence of hydraulic turbine on hydrodynamic force and motion of carrier is discussed.Based on Newton's second law, the general equation of motion of floating carrier and turbine in wave is established by applying the force of turbine in moving fluid as external load to the carrier.For the case of micro-amplitude wave, the frequency domain solution method of the motion equation of floating carrier and hydraulic turbine is studied. The six-degree motion of carrier in regular wave is decomposed into radiation problem and diffraction problem.And expressed in the form of hydrodynamic derivatives.In this paper, the force expressions of vertical hydraulic turbine in longitudinal and pitching motions in water flow are first presented, and the equations of motion for vertical swing and pitching of vertical turbine with carrier are derived.In numerical calculation, the unrotating state of the turbine is taken as an example, and the angle of the turbine impeller in the position of 0 擄45 擄and 90 擄is taken as the object of study respectively.The CFD simulation results of the turbine acting in uniform flow are fitted to the hydrodynamic derivatives of the turbine at various angles of the impeller.The frequency-domain motion equation of carrier turbine is solved by MATLAB language, and the hydrodynamic and motion amplitude of hydrodynamic and pitching motion of hydro-turbine carrier and carrier turbine are obtained respectively.The effects of different impeller position angles on the hydrodynamic force and motion amplitude of the hydraulic turbine are studied.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TK730.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1702033