波浪作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文波浪作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性研究硕士研究生：刘京指导教师：张亮教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：高良田教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文波浪作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性研究硕士研究生：刘京指导教师：张亮教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D

2、.C:ADissertationforDegreeofM.EngStudyonhydrodynamiccharacteristicsofhorizontalaxistidalcurrentturbineinwaveCandidate:LiuJingSupervisor:ProfessorZhangLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandManufactureofShipsandMarineStructuresDateofSu

3、bmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担

4、。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授

5、予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日波浪作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性研究摘要随着化石燃料的不断消耗，环境和能源问题日益突出，各国都在大力发展可再生能源，海洋潮流能逐渐进入人们视野并且因为其可再生、清洁的特性受到很大的重视。目前对于叶轮的水动力特性研究多是在无自由液面和水流为均匀流的情况下进行的，没有考虑实际海洋环境中的潮流流速、波浪及自由液面的共同影响，因此，本文对水平轴叶轮处于自由液面、潮流及波浪的环境下的流场和水动力性能进行数值

6、模拟研究，为水平轴叶轮的水动力性能和载荷预报提供理论和数据支持，并为叶片强度设计及载体运动响应分析提供重要参考。通过查阅大量资料，归纳和总结了现有潮流能发电技术和水平轴水轮机理论研究和试验研究的发展现状，介绍了粘性CFD数值模拟技术的理论基础和数值方法。针对无界流的问题，基于CFD理论和StarCCM商业软件，首先对水平轴水轮机数值模型进行网格划分，进行不同网格划分方法和网格数量对数值模拟结果的无关化研究，将数值模拟的结果与试验结果进行比对分析，以此验证数值模拟方法的有效性，建立了一种模拟无界流中水平轴水轮机水动力和流

7、场的CFD模拟方法；在此基础上，运用重叠网格技术，进一步拓展为能够考虑存在自由液面或存在自由液面及波浪情况下计算水平轴水轮机的水动力性能和流场。该方法的优点是通过对重叠网格技术的运用，可以快速改变波浪参数、自由液面高度及水轮机的运动方式，有效地提高计算速度。针对自由液面效应的问题，对同样叶尖浸没深度工况下无自由液面、静水面和有波浪的三种情况进行CFD模拟计算，得到水平轴水轮机的能量利用率和轴向载荷系数随速比变化时历曲线。通过对计算结果进行分析，得出了自由液面条件对水平轴水轮机水动力特性影响规律；再进一步探究存在规则波浪

8、时，不同叶尖浸没深度对水平轴叶轮的水动力系数影响规律。针对波浪影响的问题，对多种波浪频率及波幅的情况进行CFD模拟，得到了水平轴叶轮的能量利用率和轴向载荷系数随波浪周期和波浪波幅的变化规律；考虑到波浪的周期性运动会影响近水面处的流速和流体的振动幅度，深入研究波幅和浸没深度比值对能量利用率和轴向载荷的影响，通过分析叶轮在每种工况下的