本文關(guān)鍵詞：潮流水輪機(jī)及陣列對周邊流場影響研究

  更多相關(guān)文章： 潮流能獲取 潮流水輪機(jī) 陣列規(guī)模 陣列結(jié)構(gòu)形式 水動(dòng)力特性

【摘要】：潮流能作為一種清潔、可再生的能源,其開發(fā)利用有利于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。然而,潮流能水輪機(jī)的運(yùn)行會(huì)擾動(dòng)周圍海域的潮流運(yùn)動(dòng),改變潮流能密度分布,同時(shí)也引起水動(dòng)力環(huán)境變化。準(zhǔn)確地預(yù)測水輪機(jī)周圍潮流流場的變化,有助于水輪機(jī)陣列的優(yōu)化布置,實(shí)現(xiàn)潮流能經(jīng)濟(jì)效益的最大化和水動(dòng)力環(huán)境影響的最小化。論文通過物理實(shí)驗(yàn)對水平軸水輪機(jī)周圍流場的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪對上游水流運(yùn)動(dòng)的影響很小,而在下游產(chǎn)生一個(gè)明顯的尾流區(qū),并且尾流近區(qū)速度虧損區(qū)出現(xiàn)環(huán)流運(yùn)動(dòng)。懸掛式固定結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)輪上方運(yùn)動(dòng)水流產(chǎn)生阻擋作用,引起上、下游近區(qū)水流速度減小,導(dǎo)致垂向上尾流區(qū)的速度虧損在轉(zhuǎn)軸上方的衰減滯后,使得尾流向下游發(fā)展的過程中還緩慢地向自由水面移動(dòng)。隨著下游距離的增加,尾流區(qū)的速度虧損、紊動(dòng)強(qiáng)度和雷諾切應(yīng)力衰減。結(jié)合其它實(shí)驗(yàn)研究,論文初步分析了影響尾流結(jié)構(gòu)發(fā)展的因素。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的葉尖速比主要影響了近區(qū)尾流結(jié)構(gòu)分布,轉(zhuǎn)輪周圍水流的紊動(dòng)強(qiáng)度和阻塞比共同影響尾流的衰減速度,而下游近區(qū)過流斷面上的流速分布影響尾流結(jié)構(gòu)的變化趨勢。由物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的三維數(shù)學(xué)模型,能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測實(shí)際海域中潮流水輪機(jī)及陣列周圍的流場變化。相對于單臺(tái)水輪機(jī),并排布置的小規(guī)模水輪機(jī)陣列增大了周圍流場的變化幅度,減緩了下游尾流的衰減進(jìn)程,并且陣列下游的尾流分區(qū)在衰減過程中逐漸合并。橫跨過流斷面的大規(guī)模水輪機(jī)陣列,對高水位和低水位均有抬高作用,但對低水位的影響更大。由于陣列的阻塞效應(yīng),垂向上尾流區(qū)速度減小的同時(shí),轉(zhuǎn)輪葉尖外圍區(qū)的流速大幅度增加,加速了尾流的衰減進(jìn)程。水輪機(jī)陣列的結(jié)構(gòu)形式對潮流能獲取量的分布有較大的影響。并排陣列中潮流能獲取量的分布與海域內(nèi)潮流能的分布趨勢一致,減小的側(cè)向間距可以提高陣列中水輪機(jī)獲取潮流能的能力。多排交錯(cuò)布置的陣列改變了潮流的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),引起潮流能密度重分布。由于上游尾流的影響,潮流能獲取量在陣列中間較低,而在前后兩端較高。陣列中側(cè)距和徑距的增大均能減小上游水輪機(jī)的尾流影響,提高陣列中間水輪機(jī)獲取潮流能的能力。然而,側(cè)距的增加還能夠有效地減小陣列的阻塞效應(yīng),加速上游尾流的衰減。
【關(guān)鍵詞】：潮流能獲取 潮流水輪機(jī) 陣列規(guī)模 陣列結(jié)構(gòu)形式 水動(dòng)力特性
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK730.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 緒論10-28
• 1.1 背景意義10-14
• 1.1.1 潮流能11-12
• 1.1.2 我國潮流能分布12-13
• 1.1.3 潮流能開發(fā)意義13-14
• 1.2 潮流水輪機(jī)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國外14-16
• 1.2.2 國內(nèi)16-17
• 1.3 潮流能評估研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 評估方法17-20
• 1.3.2 評估研究20-23
• 1.4 流場變化研究現(xiàn)狀23-26
• 1.4.1 物理實(shí)驗(yàn)23-24
• 1.4.2 數(shù)值模擬24-26
• 1.5 研究內(nèi)容26-28
• 第2章 三葉片水平軸水輪機(jī)周圍流場實(shí)驗(yàn)研究28-54
• 2.1 實(shí)驗(yàn)水槽和水輪機(jī)28-31
• 2.2 流速測量31-32
• 2.3 水流特性32-34
• 2.3.1 特征量32-33
• 2.3.2 未擾動(dòng)的水流運(yùn)動(dòng)33-34
• 2.4 推力測量34-36
• 2.5 徑向流速36-38
• 2.5.1 水平面上分布37-38
• 2.5.2 垂向上分布38
• 2.6 環(huán)向流速38-41
• 2.6.1 斷面上環(huán)流分量39-40
• 2.6.2 剖面上環(huán)流分量40-41
• 2.7 紊動(dòng)強(qiáng)度41-44
• 2.7.1 平面上分布42-43
• 2.7.2 垂向上分布43-44
• 2.8 雷諾切應(yīng)力44-45
• 2.8.1 平面分布44
• 2.8.2 垂向分布44-45
• 2.9 尾流上游流場變化45-48
• 2.9.1 轉(zhuǎn)輪平面流場45-47
• 2.9.2 上游流場47-48
• 2.10 對比分析48-52
• 2.10.1 徑向衰減48-50
• 2.10.2 側(cè)向分布50-52
• 2.11 本章小結(jié)52-54
• 第3章 水平軸水輪機(jī)周圍流場數(shù)值模擬54-62
• 3.1 模型方法54-56
• 3.1.1 數(shù)學(xué)模型54-55
• 3.1.2 計(jì)算網(wǎng)格55
• 3.1.3 轉(zhuǎn)輪模型化55-56
• 3.1.4 邊界條件56
• 3.2 斷面流速分布56-57
• 3.3 尾流流場變化57-61
• 3.3.1 徑向變化58
• 3.3.2 橫向分布58-59
• 3.3.3 垂向分布59-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第4章 水輪機(jī)陣列規(guī)模對潮流流場的影響62-81
• 4.1 河口模型62-66
• 4.1.1 河口模型建立62-64
• 4.1.2 潮流速度分布64
• 4.1.3 最小水深分布64
• 4.1.4 潮流水輪機(jī)作用64-66
• 4.2 模型驗(yàn)證66-67
• 4.2.1 局部網(wǎng)格加密66
• 4.2.2 單臺(tái)水輪機(jī)能量獲取66-67
• 4.3 單臺(tái)水輪機(jī)尾流發(fā)展67-70
• 4.3.1 徑向分布68-69
• 4.3.2 側(cè)向分布69-70
• 4.4 小規(guī)模并排陣列70-72
• 4.4.1 潮流能變化70-71
• 4.4.2 尾流發(fā)展71-72
• 4.5 綜合推力系數(shù)72-74
• 4.6 大規(guī)模陣列單排布置74-76
• 4.6.1 潮流能分布74-75
• 4.6.2 水位變化75-76
• 4.6.3 流速變化76
• 4.7 大規(guī)模陣列多排布置76-79
• 4.7.1 潮流能獲取量分布76
• 4.7.2 水位變化76-77
• 4.7.3 流速變化77-79
• 4.8 本章小結(jié)79-81
• 第5章 水輪機(jī)陣列結(jié)構(gòu)對潮流能的獲取影響81-100
• 5.1 齋堂島海域模型82-86
• 5.1.1 模型建立82-84
• 5.1.2 潮流能密度分布84-85
• 5.1.3 水輪機(jī)模型化85-86
• 5.1.4 潮流能獲取量86
• 5.2 模型驗(yàn)證86-87
• 5.3 水輪機(jī)陣列布置87-88
• 5.3.1 布置位置87-88
• 5.3.2 結(jié)構(gòu)形式88
• 5.4 單排布置88-90
• 5.5 多排布置90-91
• 5.5.1 陣列區(qū)域潮流能分布90
• 5.5.2 陣列結(jié)構(gòu)對比90-91
• 5.6 潮流能獲取量分布91-97
• 5.6.1 側(cè)向間距的影響91-93
• 5.6.2 徑向間距的影響93-94
• 5.6.3 結(jié)構(gòu)形式影響94-96
• 5.6.4 水輪機(jī)數(shù)量影響96-97
• 5.7 周邊流場變化97-98
• 5.8 本章小結(jié)98-100
• 第6章 結(jié)論與展望100-103
• 6.1 研究結(jié)論100-101
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)101-102
• 6.3 研究展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-111
• 致謝111-113
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果113-114

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2 高紫東;;中小型立軸明槽式水輪機(jī)安裝方法的改進(jìn)[J];農(nóng)田水利與小水電;1983年04期

3 史毓珍;我國水電建設(shè)的前景及其對水輪機(jī)技術(shù)發(fā)展的要求[J];水利水電技術(shù);1989年03期

4 樂枚;水輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化工作十年歷程——記全國水輪機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)成立十周年[J];電器工業(yè);2002年09期

5 榮圣琦;;樂灘水電站水輪機(jī)安裝[J];紅水河;2006年03期

6 陳猛;;楊家河一級(jí)水電站水輪機(jī)安裝[J];甘肅農(nóng)業(yè);2012年03期

7 ;簡易橫軸旋槳式水輪機(jī)[J];農(nóng)田水利;1960年08期

8 杜宇;劉跟常;;三峽電廠水輪機(jī)安裝總結(jié)[J];東方電機(jī);2004年03期

9 ;龍開口電站1號(hào)水輪機(jī)底環(huán)吊裝完成[J];云南水力發(fā)電;2012年03期

10 王春暖;國外水輪機(jī)設(shè)備發(fā)展概況[J];華中電力;1989年04期

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1 陳洪;;洞坪水電站水輪機(jī)埋入部分安裝的過程控制[A];湖北省中、小水電建設(shè)與管理專委會(huì)成立大會(huì)及學(xué)術(shù)研討會(huì)資料匯編論文集[C];2004年

2 陳新橋;;蝸殼排水閥的安裝焊接監(jiān)理實(shí)踐[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會(huì)論文集（一）[C];2007年

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1 陳婭玲;潮流水輪機(jī)及陣列對周邊流場影響研究[D];清華大學(xué);2015年

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3 鹿蘭帥;潮流能驅(qū)動(dòng)的柔性葉片水輪機(jī)水動(dòng)力性能試驗(yàn)研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

4 叢志明;H型和螺旋型固定偏角水輪機(jī)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

5 崔振磊;豎軸潮流水輪機(jī)空化對捕獲功率的影響研究[D];大連理工大學(xué);2011年

6 孫建英;水輪機(jī)虛擬安裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];河北工程大學(xué);2010年

7 王清鋒;用于潮流能發(fā)電的變幾何水輪機(jī)性能研究[D];上海交通大學(xué);2013年

8 劉海濱;長輸管線耦合發(fā)電系統(tǒng)水輪機(jī)參數(shù)選擇及過渡過程分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

9 郭峰山;豎軸潮流能水輪機(jī)性能分析及機(jī)群排布優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2013年

10 張芳麟;水輪機(jī)穩(wěn)水柵損壞的成因分析及對策研究[D];安徽理工大學(xué);2011年

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