水平軸海流機葉片與漂浮式支撐的設(shè)計與研究.pdf

1、海流能是一種清潔可再生能源,全球海洋蘊藏著豐富的海流能,合理利用海流能可以有效緩解能源危機。水平軸海流機是將海流能轉(zhuǎn)化為電能的常用裝置之一。水平軸海流機的葉片是決定整個裝置獲能效率的重要部件,而支撐結(jié)構(gòu)也是保證裝置正常運行必不可少的組成部分。
　　本文以額定工況下獲能系數(shù)達到最大值為目標,利用葉素-動量理論設(shè)計了150KW水平軸海流機的葉片。使用葉素-動量理論結(jié)合普朗特修正和葛勞渥修正的方法,預(yù)測了海流機在不同尖速比以及不同槳距角

2、下的水動力性能,分析了攻角和載荷沿著葉片徑向的分布規(guī)律。使用CFD方法計算了海流機在不同尖速比下的水動力性能,并與理論方法的計算結(jié)果進行了比較。理論方法和CFD方法的結(jié)果均表明,所設(shè)計的海流機的最大獲能系數(shù)位于設(shè)計尖速比處,證明了基于葉素-動量理論的水平軸海流機葉片設(shè)計方法是有效的。選用玻璃纖維復(fù)合材料對150kW水平軸海流機的葉片進行初步設(shè)計,對葉片的蒙皮以及主梁提出了三種鋪層設(shè)計方案,并使用ANSYS對上述三種鋪層設(shè)計方案下的海流機

3、葉片進行了靜力分析和模態(tài)分析。分析發(fā)現(xiàn),在進行葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計時除了要保證葉根的強度以外,還需要兼顧葉尖附近的剛度和強度。另外,本文還研究了葉片主梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片結(jié)構(gòu)性能的影響。根據(jù)海上風機的發(fā)展模式,本文針對150kW水平軸海流機,初步設(shè)計并研究了三類漂浮式支撐結(jié)構(gòu)：單柱式、半潛式和雙體式。通過對三類結(jié)構(gòu)物的頻域水動力性能分析發(fā)現(xiàn),單柱式支撐結(jié)構(gòu)具有較優(yōu)的水動力性能,并有利于保證海流機獲能裝置的對流能力。半潛式支撐結(jié)構(gòu)首搖性能較差,不利