【摘要】：隨著石化燃料的消耗和環(huán)境污染的日益加劇,潮流能作為一種比較豐富的可再生清潔能源,具有功率密度大、可預(yù)測性強(qiáng)、流速平穩(wěn)等特點(diǎn),許多研究機(jī)構(gòu)對水平軸潮流能捕獲裝置進(jìn)行了研究和試驗(yàn)。槳葉是水平軸潮流能能量捕獲的關(guān)鍵部件,設(shè)計(jì)流速作為槳葉設(shè)計(jì)的首選參數(shù),它對槳葉的幾何外形、工作性能和實(shí)際功率捕獲都有直接的影響。目前,針對定槳距槳葉設(shè)計(jì)流速的選取并沒有合適的方法:風(fēng)力機(jī)槳葉設(shè)計(jì)一般通過風(fēng)速蘊(yùn)含能量的概率分布來確定;潮流能捕獲槳葉設(shè)計(jì)時(shí)考慮潮流流速較低,一般取最大平均流速。這樣造成了變流速下槳葉工作在非設(shè)計(jì)工況下,不僅效率低下,且無法預(yù)知功率變化情況。尤其對于大部分潮流流速較低的實(shí)際情況,選取合適的設(shè)計(jì)流速進(jìn)行定槳距槳葉設(shè)計(jì)對于更高效利用潮流能能量非常重要。本文結(jié)合葉素動(dòng)量理論與流體動(dòng)力學(xué)理論,分析在變流速流經(jīng)定槳距槳葉時(shí)的流速誘導(dǎo)變化,得到不同設(shè)計(jì)流速下不同的流速變化情況,建立設(shè)計(jì)流速與變流速下功率捕獲的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合實(shí)際潮流流速變化測試,提出了以流速變化的一個(gè)半月周期內(nèi)槳葉捕獲總能最大為目標(biāo),將流速數(shù)據(jù)利用MATLAB迭代計(jì)算得到一個(gè)最佳設(shè)計(jì)流速,滿足流速變化中槳葉捕獲總能最大,而不是僅僅在設(shè)計(jì)點(diǎn)輸出功率最大。然后,取最大潮流平均流速為設(shè)計(jì)流速與本文設(shè)計(jì)方法作對比,采用Wilson葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)法結(jié)合MATLAB編程計(jì)算槳葉幾何外形參數(shù),對變流速下兩種不同設(shè)計(jì)流速的槳葉尺寸外形、啟動(dòng)特性、推力、扭矩及功率變化情況做理論性能預(yù)測對比分析,為實(shí)驗(yàn)提供理論對比數(shù)據(jù)。槳葉運(yùn)行環(huán)境流場的復(fù)雜性,上述槳葉設(shè)計(jì)中對計(jì)算模型做很多簡化和假設(shè),這些因素很大情況下影響了計(jì)算的精確性,因此,對上述兩種設(shè)計(jì)槳葉進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)建模及加工,并搭建海上槳葉性能測試平臺(tái)對兩種設(shè)計(jì)槳葉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集,并與理論作對比。通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):本文基于最佳設(shè)計(jì)流速下的槳葉設(shè)計(jì)在潮流流速變化的大部分時(shí)間段內(nèi)功率捕獲優(yōu)于以往設(shè)計(jì)槳葉,在潮流流速變化的一個(gè)半月周期內(nèi)捕獲總能提高了約8%,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)方法的正確性與合理性,對變流速中定槳距槳葉的設(shè)計(jì)具有一定的理論與工程實(shí)踐指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM612;P743

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1 李江花;基于最佳設(shè)計(jì)流速的水平軸潮流能槳葉設(shè)計(jì)及其性能研究[D];太原科技大學(xué);2015年

本文編號：2753848