水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

【摘要】：水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核；然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单转子、串列布置双转子的水动力性能；研究了海底边界层速度分布、波浪对海流机水动力性能的影响；最后分析了海流机的空化性能。 对计算结果分析发现：线涡流函数面元法可以有效预测海流机翼剖面的水动力特性,结合叶素动量法可以对海流机性能进行初步的校核；对单转子海流机性能的预测发现,LES模型和SA模型都能够较好地预测海流机在设计工况下的水动力性能；对于本文中所研究的串列布置的双转子海流机,间距对水动力特性的影响较大,而初始相位角对水动力特性的影响较小,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,其间距需达到30倍的叶轮直径以上；海底边界层会引起海流机水动力特性周期性的变化,其频率特性与转动频率一致；波浪也会引起海流机周水动力特性期性的变化,其频率主要受波浪频率的影响,同时也受到转动频率的影响；数值预测的海流机的初生空化数为0.84与实验初生空化数接近,而且空泡的形态也与实验结果一致。 本文所发现的有关海流机水动力特性的规律,为海流机的优化设计和安全运行提供了新思路；采用三维粘性流场数值计算方法来预测海流机的性能,为海流机发电的进一步研究提供了参考。 【关键词】：水平轴海流机 水动力性能 大涡模拟 滑移网格法 双转子 波浪海底边界层 空化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P743.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究进展11-12
• 1.2.2 国内研究进展12
• 1.3 研究意义12-13
• 1.4 本文研究内容与创新点13-15
• 第二章 数值计算方法15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 三维粘性流场数值计算方法15-16
• 2.3 数值计算基本理论模型16-20
• 2.3.1 滑移网格模型16-17
• 2.3.2 LES大涡模拟与SA湍流模型17-18
• 2.3.3 自由表面模型18-19
• 2.3.4 波浪模型19
• 2.3.5 空化模型19-20
• 2.4 小结20-21
• 第三章 海流机物理模型及翼剖面水动力特性的预测21-35
• 3.1 引言21
• 3.2 海流机物理模型21-24
• 3.3 海流机相关理论基础24-26
• 3.3.1 海流机性能关键参数的定义24
• 3.3.2 海流机的流管能量捕获模型24-26
• 3.4 海流机翼剖面的水动力特性26-33
• 3.4.1 翼剖面水动力特性计算的XFOIL程序26
• 3.4.2 NACA63-815翼剖面水动力特性数值模拟与实验验证26-30
• 3.4.3 海流机典型翼剖面的水动力特性30-32
• 3.4.4 采用叶素动量法对海流机水动力特性的初步校核32-33
• 3.5 小结33-35
• 第四章 水平轴海流机水动力特性的数值预测35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 海流机网格的划分35-37
• 4.3 单转子海流机水动力特性的分析37-43
• 4.3.1 设计工况下不同计算模型预测结果与实验的比较37-38
• 4.3.2 SA湍流模型预测海流机非设计工况下的水动力特性38-39
• 4.3.3 LES大涡模拟预测海流机非设计工况下的水动力特性39-40
• 4.3.4 单转子海流机流场速度分布40-43
• 4.4 双转子海流机水动力特性的分析43-49
• 4.4.1 间距的影响43-47
• 4.4.2 初始相位角的影响47-49
• 4.5 小结49-51
• 第五章 复杂工况下海流机水动力特性的研究51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 海底边界层的影响51-55
• 5.3 波浪的影响55-58
• 5.4 空化性能分析58-61
• 5.5 小结61-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-71
• 作者简历71

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