竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究.pdf

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1、犬；！硿大李颀士莩位佗文竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究学流体机械及工程作者姓名一一一指导教师答辩日期硕士学位论文竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究作者姓名：杨冉升学科、专业：流体机械及工程学号：匕十日寸教师：刘艳教授完成日期：年月大遠理工大孝大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处

2、，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：竖妯水轮地永性能的与叙僅作者签名：柏日期：。丨年：月广曰大连理工大学硕士学位论文摘要潮流能水轮机作为吸收利用潮流能发电的重要水力部件，其水力性能的好坏直接决定了整体发电系统效率的高低。竖轴潮流能水轮机因其不需要额外的偏航对流机构便可适应来流方向的变化和结构简单等特点而受到人们越来越多的关注和研究。在竖轴直叶片潮流能水轮机旋转做功的过程中，叶片不断变化的迎流攻角对其水力性能影响很大。一般来说，采用可变攻角的控制方式能够很大程度上提高整机性能，但随之而来的是结构复杂、控制难度大和设计制造及维护成本高等问题，所以为水轮机增加预置攻角的方式成为一种比较合

3、理的折中方案。本文对竖轴三直叶片潮流能水轮机进行了实验和数值模拟研究。该水轮机密实度为其叶片选取的是对称翼型。实验测量了该水轮机在来流速度为至，预置攻角为°至°范围内的水动力性能。实验结果表明此流速范围内，该水轮机在无预置攻角工况下最高可达到左右的获能效率；另外随着叶片预置攻角的增大，水轮机的最佳获能效率由增大到了。等尺寸水轮机模型的数值模拟结果也得出了相同的结论。此外应用数值模拟方法得出了该水轮机的最优预置攻角为°超过该值水轮机的水力性能开始降低，因此在设计制造结构相似的水轮机时应考虑该预置攻角值。最后本运用数值模拟方法研究了导流罩聚能装置和比例放大水轮机性能的变化情况。计算结果表明安

4、装导流罩的水轮机输出功率大幅提高，其中在入口大小为的工况中水轮机最大输出功率约为相对无导流罩工况提高了约水轮机模化模型结果表明比例放大后的模型基本遵循了原水轮机的水力性能曲线，原实验室数据结果对比例放大后的模型依旧具有较高的参考意义。关键词：竖轴潮流水轮机；预置攻角；潮流能；数值模拟竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究，°°，，°，°：大连理工大学硕士学位论文目录躲课题的研究背景及潮流能研究意义课题的研究背景潮流能研究意义水轮机的分类及国内外研究现状水轮机的分类水轮机的国外研究现状水轮机的国内研究现状本文主要研究内容竖轴水轮机水动力性能水轮机工作原理水轮机叶片的受力分析叶片受力水轮机

5、结构参数设计雷诺数及水轮机旋转时的静态攻角本章小结竖轴水轮机水动力性能的实验研究实验室介绍潮流能水轮机实验台实验用潮流水轮机结构实验内容实验测试内容实验步骤实验结果及分析水轮机支撑臂对整机性能影响相同预置攻角下不同来流速度水轮机性能比较相同来流速度下不同预置攻角水轮机性能比较实验中存在的问题本章小结竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究竖轴水轮机水动力性能的数值模拟研究数值模拟基本方法流体动力学控制方程湍流模型离散方法数值计算软件简介潮流能水轮机的数值模拟研究水轮机几何模型的建立及网格的划分计算域及边界条件数值计算合理性验证数值模拟和实验结果对比水轮机数值计算扭矩不同来流速度的数值模拟

6、与实验结果对比不同预置攻角的数值模拟与实验结果对比预置攻角提高水轮机性能讨论最佳预置攻角的数值模拟研究本章小结导流罩装置及水轮机模化的数值模拟研究竖轴潮流能水轮机导流罩的数值模拟研究导流罩的线型设计水轮机叶片与导流罩间距对性能的影响导流罩长度对性能的影响水轮机模化模型的数值模拟研究水轮机模化放大后的模型尺寸水轮机模化放大后的水动力性能计算结果本章小结结论与展望参考文攻读硕士学位期间发表学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论能源是人类生存和社会发展的物质基础，国家的能源安全已经成为世界各国经济安全的战略核心。能源安全问题在我国尤为突出：以石油为例，随着我

7、国经济的快速增长，石油的需求量越来越高，由于本国的储量有限，石油的对外依存度直线上升，年超过了，仅年之后就突破了，年达到的能源安全警戒线，年继续上升达到。由于我国的邻国众多，领土争议纠纷频繁，海洋相对封闭，能源问题己成为我国保持经济平稳增长和社会稳定发展的重中之重。另一方面，化石燃料的储量有限，其日益枯竭以及燃烧造成的环境污染也成为制约各国可持续发展的瓶颈之一。基于此，大力发展可再生能源已成为世界各国的重要投入方向。通过发展清洁的可