海流能转换器水动力特性的数值模拟及实验研究

【摘要】：海洋能是蕴藏于海洋中的可再生能源，其蕴藏量丰富，分布广，清洁无污染。海流能是海洋能中最易获得、最具灵活性的一种清洁、可再生能源。利用海流能技术发电，有利于改善能源结构，降低化石能源消耗带来的环境污染和气候变化问题。海流能转换器单向叶片翼型的水动力学性能优劣是海流能开发利用的关键因素。 目前，国内外对海流能转换器的研究多在于转速受翼型几何参数的影响，而对于转换器内部水动力特性的研究比较少见。本文基于浙江工业大学水力学实验室设计的海流能转换器单向叶片，利用计算流体力学软件FLOW-3D对海流能转换器内部的水动力特性进行模拟分析。对单向叶片在低流速海流下的水动力特性进行了相应的数值模拟计算，得到翼型内部流场的速度分布、压力分布以及紊动能分布。同时，在多功能钢化玻璃水槽中，应用三维粒子成像测速仪（PIV）、声学多普勒测速仪（ADV）、高速摄影机（HSP）等先进实验仪器，对涡轮机单向叶片的内部流场进行实测分析，并把两种结果进行对比分析。 【关键词】：海流能转换器 单向叶片 水动力特性 数值模拟 PIV 流场
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P742
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 海洋能综述12-16
• 1.2 海流能简介16-18
• 1.3 海流能发电装置国内外研究现状18-19
• 1.4 课题的研究目的和主要内容19-22
• 1.4.1 课题的研究目的19-20
• 1.4.2 课题研究的主要内容20-22
• 第二章 实验设备与量测方法22-27
• 2.1 多功能钢化玻璃水槽22
• 2.2 DANTEC-PIV 三维粒子图像测速仪22-24
• 2.3 PHOTRON APX-RS 高速摄影机24
• 2.4 SonTEK ADV 声学多普勒测速仪24-27
• 第三章 海流能转换器单向叶片翼型设计27-34
• 3.1 翼型的介绍27-28
• 3.2 翼型的几何参数28-29
• 3.3 单向叶片的设计29-30
• 3.4 基本原理30-34
• 3.4.1 能量转换原理31-32
• 3.4.2 贝茨（Betz）理论32-34
• 第四章 FLOW-3D 软件34-40
• 4.1 FLOW-3D 软件34-35
• 4.2 FLOW-3D 软件分析35-36
• 4.3 紊流模型36-37
• 4.4 数值模拟模型的建立37-38
• 4.5 计算网格的划分38-39
• 4.6 边界条件的设定39-40
• 第五章 单向叶片翼型水动力特性的数值研究40-66
• 5.1 柱坐标与直角坐标的转换40-41
• 5.2 流场数值模拟41-56
• 5.2.1 相同位置处的流场分析41-46
• 5.2.2 不同位置处的流场分析46-49
• 5.2.3 不同来流速度的流场分析49-51
• 5.2.4 不同偏流角的流场分析51-54
• 5.2.5 尾流速度分析54-56
• 5.3 压力场数值模拟56-58
• 5.4 紊动能数值模拟58-64
• 5.4.1 yoz 平面相同流速的紊动能分析58-62
• 5.4.2 xoz 平面相同流速的紊动能分析62-64
• 5.5 本章小结64-66
• 第六章 单向叶片翼型水动力特性的实验研究66-81
• 6.1 实测流场图66-67
• 6.2 相同流速不同垂直切线的速度分析67-71
• 6.3 相同流速不同水平切线的速度分析71-74
• 6.4 不同来流速度的速度分析74-80
• 6.4.1 不同流速垂直切线上的速度分析74-77
• 6.4.2 不同流速水平切线上的速度分析77-80
• 6.5 本章小结80-81
• 第七章 数值模拟与实验结果的比较81-87
• 7.1 模拟转速与实测转速对比分析81-82
• 7.2 垂直切线上流速的模拟值与实测值对比82-84
• 7.3 水平切线上流速的模拟值与实测值对比84-86
• 7.4 本章小结86-87
• 第八章 结论与展望87-90
• 8.1 结论87-88
• 8.2 展望88-90
• 参考文献90-93
• 致谢93-94
• 攻读学位期间发表的学位论文94
• 攻读学位期间申请的国家专利94

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