柔性葉片水輪機(jī)獲能區(qū)的研究及應(yīng)用.pdf

1、柔性葉片水輪機(jī)是一種新型海流能獲取裝置,其葉片為采用柔性材料制作的三角形,在水流的作用下發(fā)生自適應(yīng)變形,可充分利用流體的升力效應(yīng)和阻力效應(yīng)做功,具有較高的獲能效率,自啟動(dòng)能力強(qiáng),適用流速范圍廣。其轉(zhuǎn)動(dòng)方向只與柔性葉片的安裝方向有關(guān),可適應(yīng)雙向往復(fù)來(lái)流,若采用豎軸方式安裝則能適應(yīng)各向來(lái)流。轉(zhuǎn)子制作簡(jiǎn)單,葉片安裝方便,有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文以柔性葉片水輪機(jī)獲能區(qū)的研究為工作重點(diǎn),分析了柔性葉片水輪機(jī)的受力特性,提出了正負(fù)獲能

2、區(qū)的概念,明確了獲能區(qū)的分布,在此基礎(chǔ)上提出了一種通過(guò)減小負(fù)獲能區(qū)的不利影響來(lái)提高柔性葉片水輪機(jī)整體獲能能力的方法,并綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和水槽模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析和驗(yàn)證。
　　 建立了柔性葉片水輪機(jī)單葉片數(shù)學(xué)模型,分析了柔性葉片在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的受力特性。提出了正負(fù)獲能區(qū)的概念,從受力分析的角度提出了柔性葉片在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可能存在負(fù)獲能區(qū)。
　　 對(duì)柔性葉片水輪機(jī)水動(dòng)力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬了單排柔性葉片水輪機(jī)

3、在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)12個(gè)位置對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩,初步明確了柔性葉片水輪機(jī)獲能區(qū)的分布情況。為了便于研究獲能區(qū)對(duì)柔性葉片水輪機(jī)獲能能力的影響,提出了淹沒度的概念,即通過(guò)改變淹沒度來(lái)減少流經(jīng)負(fù)獲能區(qū)的水流,從而減小負(fù)獲能區(qū)對(duì)柔性葉片水輪機(jī)獲能能力的不利影響。對(duì)不同淹沒度條件下的柔性葉片水輪機(jī)模型進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩模擬,模擬結(jié)果顯示,柔性葉片水輪機(jī)獲能能力隨著淹沒度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),找到了數(shù)值模擬條件下的最佳淹沒度,從數(shù)值模擬的角度證明了減小負(fù)獲能區(qū)

4、的不利影響確實(shí)可以起到提高柔性葉片水輪機(jī)整體獲能能力的作用。
　　 設(shè)計(jì)制作了柔性葉片水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?搭建了柔性葉片水輪機(jī)水槽實(shí)驗(yàn)水動(dòng)力性能測(cè)試和數(shù)掘采集系統(tǒng)。測(cè)量了單排柔性葉片水輪機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中12個(gè)不同位置對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩,進(jìn)一步明確了柔性葉片水輪機(jī)獲能區(qū)的分布情況。全葉片柔性葉片水輪機(jī)在不同淹沒度條件下對(duì)主軸轉(zhuǎn)矩的水槽模型實(shí)驗(yàn)顯示:柔性葉片水輪機(jī)的獲能能力隨著淹沒度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì);在最佳淹沒度條件下柔性葉片水輪機(jī)

5、整體獲能能力比全淹沒時(shí)提高13％。從模型實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)一步證明,通過(guò)減小流經(jīng)負(fù)獲能區(qū)的水流以達(dá)到改變負(fù)獲能區(qū)對(duì)整體獲能能力不利影響的方法是可行的。
　　 對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果和水槽模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。分別對(duì)數(shù)值模擬和模型實(shí)驗(yàn)中單排柔性葉片水輪機(jī)對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩之和與全葉片水輪機(jī)全淹沒情況下對(duì)主軸的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了對(duì)比,分析了單排葉片水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩之和大于全葉片水輪機(jī)全淹沒條件下轉(zhuǎn)矩的原因,提出了葉片密實(shí)度研究的必要性。
　　 最后,在理論