渦激振動水流能轉(zhuǎn)換裝置水動力及功率特性的模型實驗研究.pdf

1、渦激振動水生清潔能源是一種利用水中渦激振動現(xiàn)象從周圍流場中提取水流能量的新興清潔能源技術(shù)。渦激振動能量基本發(fā)生裝置由一個彈性支撐的振動體構(gòu)成，無需建壩，在特定的河流區(qū)或海域，若干根相同或不同的振動體組成的空間陣列就形成了河流或海洋能發(fā)電場，具有良好的規(guī)?？蓴U展性。傳統(tǒng)的水力發(fā)電的方法是使用水輪機，而且需要至少2m/s的流速才能發(fā)揮較好的經(jīng)濟效益，而渦激振動水生能源技術(shù)可在僅為0.25m/s的低流速情況下提取水流能。該能源技術(shù)還具有以下優(yōu)

2、點:能量密度高;不影響水面交通;對水中生物友好;維修費用低;系統(tǒng)穩(wěn)健;使用壽命較長。渦激振動水生能源的這些特點展現(xiàn)出該技術(shù)能夠廣泛應用于河流、海洋、潮汐和其他水流上的廣闊發(fā)展前景，因此開展對渦激振動水流能轉(zhuǎn)換裝置的研究對全球可再生清潔能源的開發(fā)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等具有重要的科學意義和工程意義。
　　本文先綜述了渦激振動及其能量轉(zhuǎn)換裝置的國內(nèi)外現(xiàn)狀，介紹了渦激振動基本理論以及水流能的轉(zhuǎn)換原理;建立了基于能量轉(zhuǎn)換的數(shù)學方程，得到了關(guān)于

3、振動模型、發(fā)電機模型、能量傳遞模型以及阻尼分析等相關(guān)數(shù)學方程，并得到了裝置輸出功率與能量轉(zhuǎn)換效率的數(shù)學表達式;對相關(guān)參數(shù)進行了量綱分析與相似分析，得到了一系列重要的無量綱參數(shù);在物理模型實驗方面，介紹了一些重要的實驗設(shè)備與儀器，然后通過對實驗數(shù)據(jù)的采集與分析，得到了如下結(jié)論:本實驗裝置的渦激振動鎖定區(qū)間大約5-7.7;在鎖定區(qū)間內(nèi)，當裝置的振幅比最大值為1.2，頻率比可以高達1.15;并觀察到了升力系數(shù)與拖曳力系數(shù)兩者頻率之間的關(guān)系以及

4、頻率鎖定的現(xiàn)象;本裝置在流速0.485m/s-0.664m/s的范圍內(nèi)有持續(xù)的最大輸出功率1.5w，而且僅當流速為0.485m/s時裝置就可以達到最大能量轉(zhuǎn)換效率0.30，并將實驗結(jié)果與國外學者的研究成果進行了對比，證明了該實驗裝置具有一定的參考價值;最后通過對比增速和減速情況下裝置的特性，證明了遲滯現(xiàn)象會在一定范圍內(nèi)增強裝置的渦激振動響應。
　　本文通過對渦激振動水流能轉(zhuǎn)換裝置相關(guān)原理的理論分析與模型實驗，得到了一些可供參考的數(shù)