水平軸海流機(jī)葉片與漂浮式支撐的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、海流能是一種清潔可再生能源,全球海洋蘊(yùn)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(jī)。水平軸海流機(jī)是將海流能轉(zhuǎn)化為電能的常用裝置之一。水平軸海流機(jī)的葉片是決定整個(gè)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(yùn)行必不可少的組成部分。
　　本文以額定工況下獲能系數(shù)達(dá)到最大值為目標(biāo),利用葉素-動(dòng)量理論設(shè)計(jì)了150KW水平軸海流機(jī)的葉片。使用葉素-動(dòng)量理論結(jié)合普朗特修正和葛勞渥修正的方法,預(yù)測(cè)了海流機(jī)在不同尖速比以及不同槳距角

2、下的水動(dòng)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(jì)算了海流機(jī)在不同尖速比下的水動(dòng)力性能,并與理論方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。理論方法和CFD方法的結(jié)果均表明,所設(shè)計(jì)的海流機(jī)的最大獲能系數(shù)位于設(shè)計(jì)尖速比處,證明了基于葉素-動(dòng)量理論的水平軸海流機(jī)葉片設(shè)計(jì)方法是有效的。選用玻璃纖維復(fù)合材料對(duì)150kW水平軸海流機(jī)的葉片進(jìn)行初步設(shè)計(jì),對(duì)葉片的蒙皮以及主梁提出了三種鋪層設(shè)計(jì)方案,并使用ANSYS對(duì)上述三種鋪層設(shè)計(jì)方案下的海流機(jī)

3、葉片進(jìn)行了靜力分析和模態(tài)分析。分析發(fā)現(xiàn),在進(jìn)行葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除了要保證葉根的強(qiáng)度以外,還需要兼顧葉尖附近的剛度和強(qiáng)度。另外,本文還研究了葉片主梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)葉片結(jié)構(gòu)性能的影響。根據(jù)海上風(fēng)機(jī)的發(fā)展模式,本文針對(duì)150kW水平軸海流機(jī),初步設(shè)計(jì)并研究了三類(lèi)漂浮式支撐結(jié)構(gòu)：?jiǎn)沃?、半潛式和雙體式。通過(guò)對(duì)三類(lèi)結(jié)構(gòu)物的頻域水動(dòng)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(dòng)力性能,并有利于保證海流機(jī)獲能裝置的對(duì)流能力。半潛式支撐結(jié)構(gòu)首搖性能較差,不利