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潮流能发电机组在工作中,水轮机与潮流流向之间的偏航角对于机组的性能有较大影响。基于ANSYS Fluent软件采用SST k-ω湍流模型和滑移网格旋转模型对不同偏航角下水轮机进行数值模拟,分析偏航工况下水轮机性能及尾流场特性,并进行试验验证。结果表明:随着偏航角的增大,轴向力系数与功率系数降低,尾流场流速变化不对称现象趋于明显,同时造成周围流场湍流强度增大。 相似文献
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为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。 相似文献
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潮流能发电水轮机的实际工作海域往往存在不同程度的湍流,而湍流会对潮流能发电水轮机的获能系数、轴向力系数和尾流场性能等产生影响。研究湍流对潮流能发电水轮机性能的影响规律,对于实海况下潮流能发电水轮机的性能预测、可靠性和安全性的提高以及潮流能发电场多机组排布优化等具有一定的参考价值。通过对潮流能发电水轮机试验模型进行建模,并用CFD(Computational Fluid Dynamics)分析软件Fluent对处于不同湍流强度下的潮流能发电水轮机性能进行数值模拟,得到其获能系数、轴向力系数及尾流场特性。通过分析数值模拟结果,并与相关参考文献的试验结果进行对比。研究结果表明:湍流强度越大,水轮机获能系数和轴向力系数越小,尾流场速度恢复越快;水轮机后方尾流场纵向和横向影响区域更大。 相似文献
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为研究潮流能水轮机尾流场流动特性及涡结构组成,基于DDES(Delayed Detached Eddy Simulation)模型对不同流速和转速的4种工况下水轮机尾流场进行数值模拟,并进一步探究其尾流场空间涡结构的变化特性。结果表明,水轮机的数值模拟结果与试验结果能够较好吻合。对比不同工况下的尾流场模拟结果可知:水轮机尾流区域流动复杂,延迟分离涡模拟方法能有效模拟水轮机旋转过程中产生的叶尖涡、叶尖脱落涡、轮毂涡等不同涡结构,并能完整观察到叶尖涡的产生、脱落、失稳、破碎过程。转速一定时,流速越大,叶尖脱落涡、轮毂涡的发展距离越远;流速一定时,转速越大,涡的发展距离越短。本文数值模拟计算结果可为实际海况中潮流能阵列水轮机的布局提供可靠依据。 相似文献
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基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究 总被引：1，自引：1，他引：0
针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题,基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行动态调整,仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。通过仿真分析,结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放角度的增加,尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小,叶片安放角为6°时,叶轮前后速度差最大,对潮流能利用充分,且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力,叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大,升阻比在6°时最大,此时叶尖叶素升阻比C_L/C_D=6.27、攻角α=3.06°。由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成,即加速度增大的加速运动段—加速度减小的加速运动段—加速度反向增大的减速运动段—加速度反向减小的减速运动段—稳定运行段,这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。 相似文献
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为了促进深远海养殖装备朝智能化方向发展，解决电能供给困难的问题，克服抗风浪网箱受波流耦合作用对太阳能和风能利用的局限性的问题，针对养殖区域的低流速海域，提出了一种适用于深远海可升降网箱的横轴半潜式潮流能发电装置，建立了Savonius型水轮机叶片受力数学模型，分析了叶轮中心与水面的距离对水轮机捕能效率的影响，利用Fluent软件数值模拟了导流增速浮体的速度场情况，设计了发电装置整体结构及锚泊系统，搭建了发电装置试验模型，开展了物理模型试验，测试了不同水流速度情况下与叶轮相对离水距有关的各参数变化情况，并对试验数据进行分析。试验结果表明，在不同的水流流速下，随着离水距的不断增加，捕获功率呈先增加后减小的趋势，当叶轮中心高出水面1/4个叶轮直径时，叶轮的输出功率最大。 相似文献
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桩-筒组合基础是将单桩基础与筒型基础组合的一种新型海上风电基础形式,其受力模式不同于传统桩基基础,优点是可通过合理减小桩长、桩壁厚等途径提高承载性能。基于极限地基反力法,提出单层黏土中桩-筒组合基础受力模式及水平承载力的计算方法。利用力加载和位移加载两种控制方法进行数值分析,研究水平承载性能的影响因素。结果表明,在一定范围内,桩-筒组合基础水平承载性能随桩入土深度、桩壁厚、筒外径的增大而提高。基于实际工程,对等用钢量的单桩基础与组合基础进行比较计算,结果表明,桩-筒组合基础可有效降低基础倾斜度和位移,提高承载性能。 相似文献
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基于计算流体力学开源代码Open FOAM开展不同雷诺数(100≤Re≤3 900)下弯曲管体绕流流场三维数值模拟研究。对比分析不同雷诺数条件下弯曲管体的瞬时和时均流场特征,研究了弯曲管体不同位置处的时均压力系数和旋涡脱落频率。结果表明:当Re=100时,尾流中仅有展向涡存在;当300≤Re≤3 900时,流向涡出现且强度逐渐增加,展向涡减弱,随着局部曲率增大,沿弯管展向涡脱强度减小。随着雷诺数的增大,回流区沿流向的延伸尺度减小,但其沿展向的分布范围增大。沿弯管展向随着深度减小,前后驻点时均压力系数的绝对值递减,圆周时均压力系数变化幅度减小。在300≤Re≤3 900范围内,管体曲率会对展向涡脱频率产生一定影响。 相似文献
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采用1∶5的比尺模型试验，研究了横向加载过程中U型钢板桩的位移和土压力响应以及破坏模式，并对比分析了不同土质干湿状况、加载速率、埋置深度以及加载高度等影响因素下U型钢板桩位移和土压力的变化规律。试验结果表明，当U型钢板桩凸面加载时，位移随埋置深度、加载等级、加载高度的增加而增加，干砂中的位移大于湿砂中的位移；当凹面加载时，位移随着埋置深度的增加而减小，随着加载等级的增大而增大，在不同加载高度与不同土质干湿情况中差别不大。随着加载力增大，U型钢板桩在受力侧土压力分布呈现“R型”分布，且土压力均随着埋置深度与土体含水率的增大而增大。在加载力作用下桩体产生转动，并随着加载力的增大在距钢板桩底部约1/3埋置深度处发生弯曲。 相似文献
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基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程,并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果,详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现,平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示,基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°~50°处,并且与单板相比,在更短板长条件下,亦可完全抑制圆管的旋涡脱落,从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时,被控圆管表面压力分布与无控圆管类似,说明此时平行双板控制无减阻效应。最后,基于数值模拟结果,对本方法的尾流高效控制效应,给出了相应的流动机制。 相似文献
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为掌握莱州湾潮余流特征和粒子运移特征，文章采取平面二维数值模拟的方法，计算得到莱州湾的潮流场，并分析潮流结构；在潮流场的基础上，计算和分析欧拉余流场；通过在不同位置释放自由运动的粒子，得到潮流作用下自由运动粒子的运移轨迹。研究结果表明：莱州湾涨潮时的最大流速约为2.19 m/s，落潮时的最大流速约为2.66 m/s，且均在湾口处出现最大流速；莱州湾欧拉余流速度较小，且湾口附近较大而湾内较小；莱州湾分布均匀的粒子在自由运移时出现不同程度的聚集，且整体运移趋势是向岸聚集。 相似文献
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在风机大尺度化与风场大型化的趋势下，如何通过合适的控制策略以降低尾流损失成为关键问题。以包括30台NREL-5MW风机并采用5行6列平行四边形布置方式的小型风场为研究对象，基于显示尾流模型，以各风机偏航角度为优化参数，风场总功率为目标函数，使用粒子群优化算法对比分析了偏航控制对不同风速、风向、湍流强度下的风场性能提升效果。结果表明，偏航控制优化可在风向与风机行或列方向平行时发挥明显效果，当风机行列间距为4倍风轮直径且湍流强度为5%时，在不同风速下偏航控制可分别将风场总体发电量提升15%~20%，但对于布置间距大于7倍风轮直径或湍流强度高于15%时的风场，其作用十分有限，总体发电量提升在5%以内。 相似文献
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基于粒子图像测速技术(PIV)对小间距比比L/D=1.5工况下方形布置四圆柱在不同来流角角α(α=0°、15°、30°、45°)条件下的尾流流场特性进行了试验研究,分析了不同来流角度条件下四圆柱瞬时和时均尾流流场特征,获得了瞬时和时均速度矢量、涡量等值线、流线拓扑及雷诺应力分布随来流角度变化的规律。试验结果表明,来流角度对方形布置四圆柱尾流形态有显著影响。四圆柱瞬时尾流形态随来流角度增大可分为延伸体流动流态(α=0°)、尾流剪切层附着流态(α=15°、30°)及尾流剪切层共同脱落流态(α=45°)三种流态。当来流角度增大时,四圆柱下游断面平均流向速度分布由"W"形向"U"形转变,时均雷诺正应力及雷诺剪切应力等值线分布特征也会发生明显改变。 相似文献
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运用平面二维数值模拟的方法,在长乐海上风电场B区建成之后对海域的影响进行了研究,将风电桩基概化为边长为6. 4 m的正六边形,采用网格嵌套、逐层加密的方式对研究区地形进行刻画,模型经过6个测点和1个临时潮位站实测资料的验证,表明模型结果良好,能够反映研究区潮流性质,并模拟风电场建成后对所在海域和风电桩基附近的影响。模型计算结果表明,风电场建成后对所在海域的主要影响集中在桩基附近,对流场影响主要体现在流速的变化上,在桩基根部附近,流速会因为桩基之间的束水效应增大;在桩基周围因为其阻水效应,桩基背水面和迎水面流速均会减小,且背水面流速变化范围会大于迎水面。工程会对北部两排桩基周围的余流产生10%左右的影响,产生30%数值变化的范围仅在桩基根部。 相似文献
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近壁圆柱绕流水动力特性数值模拟与实验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
通过数值模拟和物理模型实验,对距壁面一定高度的圆柱绕流水动力特性进行了研究。数值模拟采用有限体积法对标准k-ε模式方程进行离散,采用SIMPLE算法进行求解,模拟绕流流场。在物理模型实验中,将PVC圆管制作的实验模型安放在水槽内,在圆管的跨中沿表面周向均匀布置水下压力传感器,用于测量绕流圆柱体表面动水压力分布。通过改变Re数和间隙比来分析它们对近壁圆柱绕流水动力特性的影响。基于数值流动显示技术,给出了近壁绕流流场的尾流流态分析。通过数值结果与实验结果的对比,对近壁绕流圆柱体的升力系数及其表面动水压力分布进行了研究,对比结果显示了较好的一致性。 相似文献
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利用COAWST数值模式就琼州海峡内潮流场对冬季风浪场的影响进行了研究。经实测数据验证，模型可较好的刻画海峡内的强潮流场。选定东、西向最大潮流时刻为典型案例分别就水位场及潮流场对波浪场的作用展开探讨。在琼州海峡东口处，西向最大潮流时刻下的正水位场增加了承载波浪运动的有效水深，有利于波浪能量的西向传播，进而使得当地有效波高增加。东、西向最大潮流均有利于琼州海峡东口处有效波高的增大，但前者主要通过流致辐聚效应实现，而后者主要经由流致波数位移生效。通过流致折射作用，东向（西向）最大潮流可在海峡中轴线以北的海区引起谱峰波向的逆时针（顺时针）旋转，而在以南的海区触发顺时针（逆时针）旋转。 相似文献