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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2015,(7)
叶片对潮流能水轮机的性能有很大的影响,因此对叶片进行优化研究对于提高潮流能水轮机的效率的重大意义。本文对50kW潮流能水平轴水轮机进行了叶片设计,针对水轮机具体的运行环境,以提高水轮机获能为目标,应用遗传算法对叶片弦长和扭角进行了优化设计。通过对比实际工况下水轮机的获能特性得知,优化的叶片获能系数和获能功率较原叶片有所提高,从而证明应用遗传算法进行叶片优化的可行性,为水轮机叶片优化提供了新的方法。 相似文献
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潮流能发电装置支撑结构对水轮机水动力学性能影响研究 总被引：1，自引：0，他引：1
水平轴潮流能水轮机在工作过程中,由于支撑结构的存在,会使水轮机周围流场中的潮流流向、流速等参数发生不同程度的改变,进而影响水轮机的性能和发电装置的稳定性。为了研究支撑结构对水轮机水动力学性能的影响规律,以某100 k W单立柱座底式潮流能发电装置的支撑结构为研究对象,采用CFD方法,分别在正、反向来流时采用不同支撑结构的共六种工况下,对潮流能水轮机模型的获能和受力进行数值模拟。通过水槽模型试验,验证数值模拟的可靠性。研究结果表明:支撑结构对水轮机的水动力学性能的影响不容忽视,针对所研究的支撑结构,在正向来流时水轮机的获能系数降幅约30%,轴向力系数降幅约28%;反向来流时的降幅更大,分别约为63%和41%。 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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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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针对潮流能双向来流的特点及当前潮流能发电轮机的研究现状和存在的问题,提出了一种新型的双向直驱式发电轮机。叶片基本翼型为S型,并对其进行受力分析,得到相应的计算公式,结合叶片翼型厚度和形状约束,求解出各个截面的形状,并三维建模形成一种新型"S"翼型轮机。轮机两端安装具有防水性能的永磁发电机,外侧增设双向导流罩,构成双向直驱式发电轮机装置模型。在水槽实验中,首先找出不同的模拟流速下获取功率的最佳负载阻值,在此基础上收集了转速及功率数据,绘制尖速比-获能系数关系曲线图和流速—获能系数关系曲线图,可以论证尖速比的取值对获取最佳功率的重要性,同时该翼型轮机具有良好的空载启动性能及双向吸收来流的能力,2 m/s流速下获能效率最大值接近40%。 相似文献
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我国具有丰富的潮流能资源,但是存在潮流流速偏低、难以高效利用等问题。潮流能水轮机变桨距技术的利用,可有效提高潮流能资源利用效率。以提高潮流能水轮机高效获能为目标,分析了水轮机叶片桨距角对潮流能水轮机获能的影响规律,研究了水轮机变桨距技术原理及控制策略。在20 k W潮流能水轮机中运用了电动变桨距技术,根据潮流流速的不同,使用最大功率点追踪控制算法控制桨距角,并对机组运行过程进行实时测试。机组运行数据表明,与非变桨水轮机相比,变桨式潮流能水轮机可有效提高其获能效率。 相似文献
7.
浮潜式载体是一种创新性的潮流能水轮机载体形式,在设计时,需在保证其上浮下沉及拖航稳定性的同时,尽量减小载体结构形式对其所搭载水轮机的影响。采用计算流体力学方法对两种浮潜式载体结构形式下水轮机运行状态及流场流速分布进行研究,计算结果表明:浮潜式载体中有无坡度对于水轮机的功率系数与轴向力系数影响很大,功率系数在提高的同时,轴向力系数也相应的增加,因此在保证水轮机获能的同时,需要对结构进行稳定性校核;水轮机在额定流速条件下,浮潜式载体的存在对于水轮机上游流速有一定的加强作用,有坡度浮潜式载体因其导流聚流作用将流速提高0.4 m/s左右,更有利于水轮机获能和效率的提高。 相似文献
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将海工构筑物作为海洋能获能装置的安装载体可大幅降低海洋能发电的成本,同时,海工构筑物等海上设施客观上存在利用海洋能实现能量供应的需求,因此海洋能发电装置与海工构筑物相互结合具有良好的综合效益,将是未来海洋能利用的一个发展方向。针对波浪能和潮流能两种海洋能发电方式,分别对柔性叶片潮流能水轮机与进海路集成利用技术;垂直轴和水平轴潮流能水轮机以及振荡浮子式波能装置与导管架石油平台集成利用技术;OWC波能装置与沉箱防波堤集成利用技术进行了探讨,并提出海工构筑物海洋能集成利用技术中需要解决的几点问题。 相似文献
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一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980 W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800 W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右,有着良好的低速启动性能。 相似文献
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随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。 相似文献
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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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在开放海域运行的潮流能水轮机需要应对复杂多变的海洋环境,要有较好的刚度、强度和抗疲劳性能。这对水轮机结构,尤其是为其运行提供动力的叶片结构的设计提出了较高要求。文中建立了垂直轴潮流能水轮机叶片及流场的三维数值计算模型,基于ANSYS商业软件提供的CFX与瞬时结构模块的双向流固耦合分析功能,分析了叶片在不同流速下的流体力学性能,分析了流场的三维效应及其引起叶片升力损失的原因,研究了其结构的刚度和强度特性。还对比分析了使用铝合金和钢材作为水轮机叶片材料的优劣。 相似文献
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水平轴海流能发电机叶片设计与性能分析 总被引：2，自引：1，他引：1
全球海洋蕴藏着丰富的海流能,合理利用海流能可以有效缓解能源危机。以额定工况下获能系数达到最大值为目标,利用叶素-动量理论设计了150 kW水平轴海流能发电机的叶片。使用叶素-动量理论结合普朗特修正和葛劳渥修正的方法,预测了海流机在不同尖速比以及不同桨距角下的水动力性能,分析了攻角和载荷沿着叶片径向的分布规律。使用CFD方法计算了海流机在不同尖速比下的水动力性能,并与理论方法的计算结果进行了比较。理论方法和CFD方法的结果均表明,所设计的海流机最大获能系数位于设计尖速比处,证明基于叶素-动量理论的水平轴海流机叶片设计方法是有效的。 相似文献
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The paper presents the effects of blade twist and nacelle shape on the performance of horizontal axis tidal current turbines using both analytical and numerical methods. Firstly, in the hydrodynamic design procedure, the optimal profiles of untwisted and twisted blades and their predicted theoretical turbine performance are obtained using the genetic algorithm method. Although both blade profiles produce desired rated rotational speed, the twisted blade achieves higher power and thrust performance. Secondly, numerical simulation is performed using sliding mesh technique to mimic rotating turbine in ANSYS FLUENT to validate the analytical results. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approximation of the turbulence parameters is applied to obtain the flow field around the turbine. It is found that power and axial thrust force from BEMT (Blade Element Momentum Theory) method are under-predicted by 2% and 8% respectively, compared with numerical results. Afterwards, the downstream wake field of the turbine is investigated with two different nacelle shapes. It is found that the rotor performance is not significantly affected by the different nacelle shapes. However, the structural turbulence caused by the conventional nacelle is stronger than that by the NACA-profiled shape, and the former can cause detrimental effect on the performance of the downstream turbines in tidal farms. 相似文献
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径流式空气透平是振荡水柱式波能发电系统的二级能量转换装置,因其具有结构简单、输出扭矩大、轴向推力小的优势,得到了越来越多的关注。采用计算流体力学软件Ansys-Fluent 12.0,通过数值模拟方法考察了不同转子叶片稠度对径流式空气透平定常无量纲评价参数的影响规律。研究结果表明:虽然径流式透平可在双向气流下实现单向旋转,但当气流通过方向不同时,透平的定常工作性能存在明显差异,这与传统轴流式透平完全不同;此外,稠度对透平效率的影响在不同流量系数范围内也不同。因此,综合考虑气流流向、透平整个工作范围内输出效率,推荐采用的转子叶片稠度为2.34。 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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OWC wave energy devices with air flow control 总被引：1，自引：0，他引：1
A theoretical model is developed to simulate the energy conversion, from wave to turbine shaft, of an oscillating-water-column (OWC) plant equipped with a Wells air-turbine and with a valve (in series or in parallel with the turbine) for air-flow control. Numerical simulations show that the use of a control valve, by preventing or reducing the aerodynamic stall losses at the turbine rotor blades, may provide a way of substantially increasing the amount of energy produced by the plant, particularly at the higher incident wave power levels. From the hydrodynamic point of view, a by-pass valve or a throttle valve should be used depending on whether the wave energy absorbing system is over-damped or under-damped by the turbine. 相似文献