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通过水轮机捕能是当前常用的海洋能利用方式之一。桨叶作为水轮机关键部件,其性能一直是研究的重点。针对目前波浪条件下带负载运转的Savonius型水轮机相关捕能性能研究较少的情况,采用数值仿真方法,结合对应工况条件的物理试验,研究了一种Savonius型水轮机在不同波浪环境下带负载运转的捕能性能。采用Star CCM+仿真软件,建立数值波浪水池,设置环境参数,划分网格调整变量进行水轮机运转的水动力模型数值研究。在造波试验水池中利用推板改变波浪周期与波高,进行水轮机运转的物理试验。采集在不同负载下水轮机桨叶的转速和扭矩数据,计算并分析功率等参数,总结变化趋势,评价捕能效果。研究发现水轮机在1.6 s的波浪周期条件下,桨叶承受1.5 N·m负载时达到最佳捕能效果,其功率为23 W。为实际海域中水轮机桨叶的结构设计研究和相关工程应用提供参考。 相似文献
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实密度是影响轮机获能特性的关键因素之一。文中以卧式轮机实密度为基变量,以其获能系数为主要考察点,对3种实密度卧式轮机进行水槽实验方案设计和水动力性能研究。实验分别对水流流速、轮机旋转角速度、主轴转矩以及功率进行测量,并对其对主轴的扭矩、轮机的获能系数以及叶片的旋转特性进行定量分析,最终证实了该卧式轮机的单一运行特性。通过绘制基于实密度的轮机转矩—转角曲线、获能系数—尖速比曲线和轮机功率—尖速比曲线,阐明了实密度影响卧式轮机获能水动力性能的规律,即其获能系数和发电功率都随着工况速比呈先增后降趋势。实密度较低轮机因浪流流失而获得能量小,但实密度过高轮机会导致叶片间湍流涌动,加速叶片失速特性而影响轮机获能。这为卧式浪流轮机结构优化提供了可靠依据和借鉴。 相似文献
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基于上海海洋大学研制的卧式海流能发电装置,在对叶片受力进行分析的基础上,采用雷诺平均N-S方程和滑移网格技术,对不同工况下的叶轮运动进行了数值模拟,获得了力矩系数、能量转换效率及功率等性能参数。通过分析比较不同工况下的各性能参数的变化规律,发现叶轮运动具有周期性,一个周期内的相邻极大、极小值之间相差72°相位角;随着海流速度和叶轮转速的增大,输出功率逐渐增大;而力矩系数和能量利用效率却呈现先增大后减小的趋势,在海流速度v=1.5 m/s,尖速比λ=2.46时,能量转换效率最大,可达到34.6%,输出功率为373 W,并与海试结果进行了对比分析。 相似文献
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基于粘性流模型的筒型基础防波堤波浪力数值分析 总被引：3，自引：0，他引：3
筒型基础防波堤是一种新型港口海岸工程结构,其基础上部是由连续排列的圆筒构成的直立防浪墙.采用粘性流数值模型,研究连续圆筒防波堤上波浪力竖向分布、水平(沿圆筒环向)分布和波浪力合力特性,并对粘性流数值模型计算的平面直墙波浪力与海港水文规范方法计算结果;粘性流数值模型计算的连续圆筒墙面波浪力与平面直墙波浪力;无限长连续圆筒墙面波浪力与有限长连续圆筒墙面波浪力进行比较分析.针对所选工程算例,建议按<海港水文规范>中平面直墙波浪力计算方法确定连续圆筒防波堤上的波浪力时,波峰时考虑0.90左右的折减系数,波谷时考虑0.95左右的折减系数. 相似文献
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为优化径向透平动叶片的结构型式,有效提高透平工作效率,本文基于Ansys-Fluent软件构建振荡水柱波能发电装置径向冲击式透平的三维瞬态全流域数值模型,通过改变透平动叶片吸力面型式,研究了正弦往复入射气流条件下动叶片厚度差异对透平扭矩、压强等参量的影响及其对透平输入系数、扭矩系数和周期平均效率等非定常性能评价参数的影响。在保证压力面型式不变情况下,研究了5种动叶片厚度分别为7 mm、13 mm、16 mm、19 mm和22 mm的透平在呼气、吸气阶段的非定常工作性能,结果表明：不同动叶片厚度的透平的非定常工作性能存在较大差异,动叶片厚度为13 mm的透平非定常工作性能最优,最大峰值效率可达47.7%。 相似文献
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饵料浓度、温度对缢蛏能量代谢的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
本文以缢蛏（Sinonovacula constricta）为实验对象,使用实验室静水法,研究其在不同饵料浓度、温度梯度下的代谢情况,测定其摄食、呼吸、排粪、排泄等生理参数,并根据能量平衡原理估算了缢蛏的能量收支情况。结果表明:（1）缢蛏的摄食能、呼吸能、排泄能随饵料浓度的上升而增加;随着温度的变化,其摄食能呈峰值性改变,呼吸能和排泄能有缓慢增长趋势;（2）缢蛏从球等鞭金藻（Isochrysis sphaeric）中摄取的有机碳源主要通过呼吸代谢消耗,以粪便的形式排出,少部分随排泄代谢产物流出,余下的碳主要用作贝类自身的生长;（3）单因素方差分析表明,饵料浓度和温度均显著影响缢蛏的摄食率和耗氧率（P<0.05）,温度为23℃时,缢蛏的摄食率和耗氧率在饵料浓度为3.0×105 cells/mL时达到最高;饵料浓度为3.0×105 cells/mL时,缢蛏的摄食率在23℃时达到最大值,而耗氧率和排氨率在31℃时达到最高。 相似文献
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以不同刚度硅胶圆杆群为概化植物模型,测定其抗弯弹性模量,通过波浪水槽实验,研究规则波在不同刚度植物杆群内的流速分布、紊动特征及不同刚度杆群的消浪效果。实验结果表明,当波浪通过柔性杆群时,受其摆动的影响,流速周期变化从单峰型逐渐转变成双峰型,杆群刚度越小形成的二次波峰越明显;不同刚度杆群内水体紊动强度变化显示,杆群刚度越大,造成杆群内水体的紊动强度越大;随着杆群抗弯弹性模量的增大,其消浪系数也增大,消浪系数的增长与材料的抗弯弹性模量值非线性关系,而是在某一弹性模量范围内,对消浪系数的影响较为敏感。 相似文献
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圆柱绕流作为流体力学领域中的经典问题,近年来得到了广泛的关注和研究。开展振荡流下二维圆柱的水动力特性和漩涡发放形态研究将为认识和理解圆柱绕流特性提供重要参考。基于RANS方程,采用k-ωSST湍流模型,首先通过对比雷诺数10 000时均匀流下的受迫振动试验数据,验证了研究方法的可行性,进而开展了振荡流下圆柱绕流的数值模拟,对比讨论了5种KC数下流体力系数变化情况及漩涡脱落模式,并开展了升力系数时历分析。结果表明:在低振幅、低频率下,小KC数时激励力系数变化较大,大KC数时流态趋向于均匀流,激励力系数变化较小。在大KC数时可以观察到较为明显的2S脱落模式,升力系数在每一周期内出现两次振幅调制现象,小KC数时流体变化较快,规律性相对较弱。 相似文献
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半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注,建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过FAST与AQWA链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递,基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列,进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析,得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应,探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著,系泊失效导致塔基剪力增加,平台纵荡和纵摇运动响应显著增大;风机停机会引起系泊锚链张力显著减小,转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减,平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小;随着叶片变桨速率增加,风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。 相似文献
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风应力拖曳系数选取对风暴潮数值模拟的影响 总被引：8，自引：0，他引：8
在风暴潮的形成中风应力起决定性作用 ,风应力拖曳系数决定了大气与海洋间的动量传输率。观测结果表明 ,风应力拖曳系数随风速而变化 ,与海面粗糙度有关。文中采用几种与风速有关的风应力拖曳系数表达式进行数值模拟 ,与将其视为常数情况相比较 ,计算结果的精度均有较明显提高。对比各表达式模拟结果 ,采用 Smith(1980 )风应力拖曳系数公式的模拟效果为最好 相似文献
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基于致动线模型的错列式两风机尾流场数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
风电场中风机之间存在十分复杂尾流相互干扰现象,尾流相互干扰效应对风机的功率输出、叶片载荷等产生十分显著的影响。采用致动线模型以及计算流体力学方法,研究两风机之间的复杂尾流干扰效应。在保持两风机纵向间距一样的情况下,考虑两风机在不同横向间距下,数值模拟两风机的部分尾流相互干扰现象,分析两风机的气动功率输出特性、尾流速度变化特性、风轮平面附近轴向诱导因子分布特性,尾涡结构以及尾流干扰效应。数值模拟结果表明:在上下游风机在沿着流向方向距离保持不变的情况下,随着横向间距的变化,上下游风机的尾流存在十分复杂的尾流相互干扰效应,对下游风机的气动功率输出以及两风机风电场的整体流场产生了显著的影响。 相似文献
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《中国海洋工程》2020,(3)
The research on the hydrodynamics of blades is mainly focused on sea areas with high-speed current. However, the average velocity in most territorial waters of China is smaller than 1 m/s, and the lift type of airfoil blades has limited application in most of these conditions. Therefore, it is of great significance to study the tidal current energy capture of blades in sub-low speed sea areas. The effect of flow impact resistance on the blade at sub-low current speed is considered and a new type of thin-walled blade based on the lift type of blade is proposed, and then the lift-impact combined hydrodynamic model of horizontal axis blade is established. Based on this model, and considering the characteristics of tidal current and velocity in the sea area of Yushan Islands, simulation and optimization of blade design are carried out. Additionally, the horizontal axis thin-walled blade and the NACA airfoil contrast blade under the same conditions are developed. By using a synthetical experimental test system, the power, torque, rotational speed and load characteristics of these two blades are tested. The performance of the thin-walled blade and the design theory are verified. It shows that this type of blade has much better energy capture efficiency in the sub-low speed sea area. This research will promote the study and development of turbines that can be used in low-speed current sea areas in the future. 相似文献
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The asymmetric or periodically varying blade loads resulted by wind shear become more significant as the blade length is increased to capture more wind power. Additionally, compared with the onshore wind turbines, their offshore counterparts are subjected to additional wave loadings in addition to wind loadings within their lifetime. Therefore, vibration control and fatigue load mitigation are crucial for safe operation of large-scale offshore wind turbines. In view of this, a multi-body model of an offshore bottom-fixed wind turbine including a detailed drivetrain is established in this paper. Then, an individual pitch controller (IPC) is designed using disturbance accommodating control. State feedback is used to add damping in flexible modes of concern, and a state estimator is designed to predict unmeasured signals. Continued, a coupled aero-hydro-servo-elastic model is constructed. Based on this coupled model, the load reduction effect of IPC and the dynamic responses of the drivetrain are investigated. The results showed that the designed IPC can effectively reduce the structural loads of the wind turbine while stabilizing the turbine power output. Moreover, it is found that the drivetrain dynamic responses are improved under IPC.
相似文献16.
The physical mechanism by which seasonally varying atmospheric wind stress exerted on the sea surface is communicated to the solid earth as oceanic pressure torque (continental torque) and bottom frictional torque is investigated with a linear shallow‐water numerical model of barotropic oceans. The model has a realistic land–ocean distribution and is driven by a seasonally varying climatic wind stress. A novel way to decompose the wind stress into rotational and non‐rotational components is devised. The rotational component drives ocean circulations as classical theories of wind‐driven circulations demonstrate. The non‐rotational component does not produce ocean circulations within the framework of a barotropic shallow‐water model, but balances with the pressure gradient force due to surface displacement in the steady state. Based on this decomposition, it is shown that most of the continental torque which plays a major role in producing the seasonal variation of length of day (LOD) is caused by the non‐rotational component of the wind stress. Both continental torque due to the wind‐driven circulation produced by the rotational component of the wind stress and the bottom frictional torque are of minor importance. 相似文献
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针对常垂直湍流系数和变垂直湍流系数两种情况，给出了开阔静止海面对风应力的非定常响应的解析表达式，并讨论了水深，风应力强弱对响应过程的影响，尽管没有考虑风场的非定常性，但本文的结果对理解海洋对风应力的非定常响应过程具有一定的帮助，对分析海面停风后的消衰过程也具有实际意义。通过与实测资料比较，认为垂直湍流系数模式要比常垂直湍流系数模式更为合理。 相似文献