基于弱海流的叶轮发电系统分析.pdf

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1、基于弱海流的叶轮发电系统分析王绪军，秦侃，罗凯，李代金。，王新平。(1．中国船舶重工集团公司第七一O研究所，湖北宜昌443003；2．西北工业大学航海学院，陕西西安710072；3．陆军航空兵学院，北京101123)AnalysisofTurbineGeneratorSystemBasedonWeakMarineCurrentWANGXu—jun，QINKan。，LUOKai，LIDai—jin，WANGXin—ping3(1．No．710ResearchInstituteofCSIC，Yichang

2、443003，China；2．SchoolofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China；3．ArmyAviationInstitute，Beijing101123，China)摘要：基于弱海流，依据螺旋桨和风力发电的相0引言关理论，分析叶轮流场特性，建立叶轮发电系统的数学模型。推导叶轮几何参数与其动力特性之间的关海流能作为一种清洁能源广泛存在于海洋中。系，提出叶轮优化设计方法，分析叶轮发电系统总体强海

3、流的形成受到地域、季节等因素的限制，然而弱性能。通过某一具体算例，设计并优化叶轮几何参海流(O．1～O．5m／s)却广泛存在于各处海域卜引。数，选择合适的传动系统和电机，计算系统输出功率基于弱海流的发电系统可为海洋探测设备、座底设和效率。施提供能源，具有可观的经济价值。关键词：海流发电；流场分析；叶轮设计；性能分1建立能量捕获的数学模型析中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1001—2257(2012)10—0014—04Abstract：Basedontheweakmarinecurren

4、t，thetheoryofpropellerandwind——powergenera—tionwasusedtoanalyzetheflowfieldofturbineandestablishesthemathematicalmodelofturbinegenerationsystem．Thedesignmethodandopti—mizeddesignideasofturbineareproposedandtheperformanceofgeneratorisanalyzedonthebasisof

5、themode1．Atlast，theturbinegeometricparam～etersareoptimizedandtheappropriatetransmis—～～j一sionsystemandgeneratorareselectedthrougha图1叶轮流场示意specificnumericalexample，thentheoutputpower粘性，假定叶轮截面上的流速、密度均匀；忽略扫截andthetotalefficiencyofthesystemarecalculat—面上的压力变

6、化、轮毂对叶轮的影响以及温度变化。ed．叶轮流场在轴线方向满足连续性方程、动量方程_4及能量守恒方程：Keywords：marinecurrentgeneration；flowfieldanalysis；designofturbine；performanceanaly—jfm—PAp。(。一73)siSIP㈩。十0．10一户++o．5p(v-)收稿日期：2012—06—07基金项目：西北工业大学研究生创业种子基金(Z2012012)lPo+0．5l0(口一。。)。一户一+0．5lD(一)。·14·《机

7、械与电子》2O12(10)基J0为流体密度；A为轮盘面积；为流过轮盘当一／3时，dN,取得极大值坠。的质量流量；T为轮盘作用于流体的推力；，P。为远场的速度、压力；，。。为轮盘处、后方无穷远处对于整个轮盘来说，最大输出功率为：的轴向诱导速度；P+，P一为轮盘前、后截面的压力。NJ⋯≈j‘。rm“。2兀rdr同时具有以下关系：T=A(+-p一)(2)===Appv。(11由式(1)和式(2)可得：1考虑到进入桨盘来流的总动能寺PA。，则理论一0．5v。。(3)即轮盘处轴向诱导速度是其后方无穷远处诱最大能

8、量捕获效率为：导速度的一半。轮盘后方液体由于轮盘的旋转而具~smax一2~jsmax===0·59(12)有一个周向的诱导速度，以轮盘半径r至r+dr之1．2叶元受力分析间的环面为微元控制面，则流过该控制面流体的圆周运动满足动量矩定理和动能定理：叶轮叶片圆柱剖面展开图是成型翼型，由于叶轮做旋转运动，叶元的弦长、安放角均随叶元截面半fdM—dQ—r$／。。dmI，w，一／径的变化而变化。使用库塔一儒可夫斯基升力定理1ydM--y一l~d对叶元进行分析，可以