垂直轴主动变桨潮流水轮机水动力性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文垂直轴主动变桨潮流水轮机水动力性能研究硕士研究生：赵金辉指导教师：孙科副教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：盛其虎副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文垂直轴主动变桨潮流水轮机水动力性能研究硕士研究生：赵金辉指导教师：孙科副教授学位级别：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：2017年12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.C:ADissertationforDegreeofM.EngR

2、esearchonHydrodynamicPerformanceofVerticalAxisTidalTurbinewithControlablePitchCandidate:ZhaoJinhuiSupervisor:AssociateProfessorSunKeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.201

3、8University: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。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

4、。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：年月日年月日垂直轴主动变桨潮流水轮机水动力性能研究摘要潮流能是海洋可再生能源的重要组成部分，具有能量密度大、可预测性好、稳定性

5、好、储量丰富等特点。垂直轴潮流水轮机是获取潮流能的一种重要机械装置，为了获得更高的机械效率，采用变桨形式是一种有效的方法，因此，变桨水轮机性能的理论和实验研究对于潮流能开发利用有着重要的科学意义和经济价值。本文首先介绍了垂直轴变桨水轮机的工作原理和受力特性，并提出应用计算流体动力学软件CFX的二维数值模拟方法，并通过三个典型算例验证了数值模拟的可行性和准确性。然后，应用该数值模拟方法研究对比了主动变桨水轮机与安装角为零度的定桨水轮机载荷和性能的不同。发现变桨水轮在不增加叶片合力的情况下可以有效的提升叶片切向力，不但能降低叶轮总体载荷，还能有效的减小叶片和叶轮载荷的波动幅度。分析其主要原因

6、是变桨水轮机降低了叶片几何攻角的变化范围，在一定程度上延缓了叶片的流动分离，保持了升力，从而提高了水轮机的性能。接着，提出了一种主动变桨垂直轴水轮机的功率损耗计算模型，通过两个算例分析了损耗功率与叶片偏角规律与攻角的关系，发现主动变桨功率损耗与叶片偏角规律变化幅度呈正相关，且变桨功率损耗对应的相位角范围会因着水轮机模型参数不同和速比的不同有着较大差异。最后，通过模型实验，对比了实验数据与数值模拟结果，考虑到实验环境的复杂性，认为误差在可接受了范围内；又分析了主动变桨水轮机的速比、流速和密实度对功率系数、叶片载荷和叶轮载荷的影响，得到了相应的结论。本文采用CFD数值模拟和模型实验两种方法研

7、究了主动变桨水轮机的水动力性能，分析了变桨水轮机比定桨水轮机性能优化的流体动力学原理，总结了影响其性能的因素及其相应的变化规律，所提出的主动变桨功率损耗模型可以有效的评估变桨水轮机在实际应用中需要考虑的输出功率与输入功率的关系。本文的研究成果将为垂直轴水轮机的技术开发提供坚实的理论基础和切实的设计依据，在工程上可推广到垂直轴风机、河流水轮机的设计和应用。关键字：潮流能水轮机；主动变桨；水动力性能；数值模拟；实验研究哈尔滨工程大学硕士