水平軸潮流能水輪機(jī)設(shè)計(jì)和性能分析.pdf

1、在所有可再生能源中，潮流能因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)勢已經(jīng)受到了各國研究人員的重視。相比風(fēng)能，潮流能具有更大的能量密度；而潮流的天然周期性也使得開發(fā)過程更具操作性和針對(duì)性。憑借其在全球的廣泛分布，潮流能的研究是解決能源問題的重要一環(huán)。而水平軸水輪機(jī)也是潮流能轉(zhuǎn)換裝置中最為常見，也是最為有效的方式之一。
　　潮流能水輪機(jī)的工作原理和風(fēng)力機(jī)近似。在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中十分成熟的葉素動(dòng)量理論也適用于水輪機(jī)的設(shè)計(jì)。不過由于潮流能水輪機(jī)的工作環(huán)境和風(fēng)力機(jī)的相差很

2、大，水輪機(jī)會(huì)受到更大的載荷。另外，在高流速和高轉(zhuǎn)速的工況下水輪機(jī)葉尖部分有可能發(fā)生空化。因此如何設(shè)計(jì)出滿足輸出功率要求并且能適應(yīng)工作海域海況的水輪機(jī)是本文主要的關(guān)注方面。最后為提高水輪機(jī)的功率輸出，對(duì)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了雙葉片模型結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，該模型能很好的改善水輪機(jī)的功率輸出。
　　在本文中，采用 CFD方法進(jìn)行水輪機(jī)工作性能的預(yù)報(bào)。針對(duì)水輪機(jī)的工作方式，在計(jì)算域中使用滑移網(wǎng)格，建立內(nèi)部旋轉(zhuǎn)域。對(duì)于忽略重力影響的

3、工況，采用周期性邊界條件計(jì)算單個(gè)葉片的工作性能，這可以大大減少計(jì)算的網(wǎng)格數(shù)量。湍流模型對(duì)計(jì)算的精度影響很大，在選擇時(shí)需根據(jù)具體計(jì)算工況和所關(guān)心的參數(shù)來選擇湍流模型。空化性能計(jì)算采用Ryleigh pleasset模型，主要分析水深、來流速度和水輪機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)空話性能的影響。雙葉片模型的研究主要依據(jù)水動(dòng)力性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，水動(dòng)力計(jì)算方法與單葉片的相同。
　　本文分析結(jié)果表明：葉素動(dòng)量理論在水輪機(jī)葉片的設(shè)計(jì)中時(shí)可行的，所添加的葉尖葉