偏流作用下海流能转换器的技术研究

【摘要】：国际性的能源危机和持续环境恶化使各国纷纷加大对清洁能源的开发力度。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，不仅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，而且无需建造堤坝和水库，投资运行费用小。 首先，本文在以大量的国内外文献查阅和调研的基础上，论述了海流能发电的前景及海流能发电装置的国内外研究进展，并指出海流能的应用存在着来流方向具有不确定性。目前，国内外对海流能发电装置的研究主要集中在涡轮机叶片翼型的几何参数对转速的影响，而针对如何纠正来流偏流和提高输入涡轮机的海流流速，国内外研究的比较少。同时当来流与叶片翼型的夹角达到一定角度时，就会出现失速现象，目前还没有可靠的理论预测其失速角，这样就使得在来流偏流的情况下，有可能出现失速现象，使输入涡轮机的动能减小，输出功率降低等现象，最后提出了本课题的研究意义和研究内容。其次，本文详细的介绍了浙江工业大学水力学实验室所设计的海流能转换器实验装置，其中包括钢制涡轮机单向叶片、尼龙PA12单双向叶片、增速管和文丘里管等。接着，对尼龙PA12涡轮机叶片在自由流和有压流情形下的转速与流速的关系以及涡轮机叶片的空化特性进行了实验研究，并对不同面积比、不同管长增速管和文丘里管在不同流速情形下对来流偏流的纠正作用进行了系统的实验研究与分析。最后，利用商用CFD模拟软件FLUENT对海流能转换器叶片翼型在来流攻角从-4o～20o情形下的水动力特性进行了相应的数值模拟计算，得到翼型周围流场的速度分布、压力分布、翼型的失速特性以及水动力特性与攻角α的关系，可供设计高效的海流能转换器叶片时参考。本文的研究成果可在海流能发电中广泛应用，为低速海流能的开发利用提供更广阔的前景。 【关键词】：海流能转换器 增速管 文丘里管 偏流角 水动力特性 数值研究
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM61;P743.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 海洋能综述15-18
• 1.2 海流能简介18-20
• 1.3 海流能发电装置国内外研究现状20-24
• 1.3.1 垂直轴式海流能发电装置国内外研究现状20-21
• 1.3.2 水平轴式海流能发电装置国内外研究现状21-24
• 1.4 海流能转换器的关键技术研究进展介绍24-27
• 1.4.1 桨叶流体力学特性研究24-25
• 1.4.2 安装与维修技术25-26
• 1.4.3 自对流系统的研究进展26-27
• 1.4.4 提高海流来流速度的研究27
• 1.5 本课题的研究意义和主要研究内容27-29
• 1.5.1 本课题的研究意义27-28
• 1.5.2 本课题的主要研究内容28-29
• 第二章 试验设备与量测技术29-35
• 2.1 水洞系统29
• 2.2 多功能水槽29-30
• 2.3 PHOTRONAPX-RS 高速摄影机30-31
• 2.4 SINOCERA-YE 6263 压力数据采集系统31-32
• 2.5 SONTEKADV32-33
• 2.6 UFLO2000P 超声波流量计33-34
• 2.7 FLUENT 软件简介34-35
• 第三章 海流能转换器试验模型的设计35-51
• 3.1 叶片翼型的几何参数和水动力特性分析35-40
• 3.1.1 叶片翼型的几何特性35-36
• 3.1.2 翼型系列介绍36-37
• 3.1.3 作用在运动叶片上的力37-40
• 3.2 海流能转换器涡轮机叶片设计40-43
• 3.2.1 单向叶片设计40-41
• 3.2.2 双向叶片设计41-43
• 3.3 增速管的设计43-47
• 3.3.1 钢制叶片涡轮机增速管43-45
• 3.3.2 尼龙 PA12 材质单向叶片涡轮机增速管45-47
• 3.4 文丘里管的设计47-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 涡轮机叶片性能测试51-57
• 4.1 实验装置51-52
• 4.2 实验结果分析52-56
• 4.2.1 自由流情形涡轮机转速与流速的关系52-53
• 4.2.2 有压流情形涡轮机转速与流速的关系53-54
• 4.2.3 涡轮机转速与空化数的关系54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 导流装置纠正偏流的试验结果分析57-80
• 5.1 实验原理分析58-61
• 5.1.1 连续性方程58
• 5.1.2 贝茨极限58-60
• 5.1.3 海流能的计算60-61
• 5.2 增速管纠正钢制叶片涡轮机偏流的实验研究61-65
• 5.2.1 实验数据61-62
• 5.2.2 纠正偏流的实验结果分析62-64
• 5.2.3 小结64-65
• 5.3 增速管纠正尼龙 PA12 材质单向叶片涡轮机偏流的实验研究65-72
• 5.3.1 变面积比增速管对偏流的纠正65-68
• 5.3.2 不同管长增速管对偏流的纠正68-71
• 5.3.3 小结71-72
• 5.4 文丘里管纠正尼龙 PA12 材质双向叶片涡轮机偏流的实验研究72-80
• 5.4.1 不同面积比文丘里管对偏流的纠正73-76
• 5.4.2 不同管长文丘里管对偏流的纠正76-79
• 5.4.3 小结79-80
• 第六章 海流能转换器叶片翼型的失速和水动力特性的数值研究80-90
• 6.1 数值计算方法81-83
• 6.1.1 紊流模型81
• 6.1.2 模型的建立与网格划分81-82
• 6.1.3 边界条件和数值方法的设定82-83
• 6.2 计算结果分析83-88
• 6.2.1 速度等值线图和矢量图83-85
• 6.2.2 翼型上下表面压力分析85-86
• 6.2.3 失速分析86-87
• 6.2.4 翼型的动力特性分析87-88
• 6.3 动力特性的数值模拟与实验对比88-89
• 6.4 本章小结89-90
• 第七章 结论与展望90-92
• 7.1 结论90-91
• 7.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-97
• 攻读学位期间参与的科研项目97
• 攻读学位期间发表的学术论文97
• 攻读学位期间申请的国家专利97

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