【摘要】：隨著目前全球化石能源儲(chǔ)備日益減少,環(huán)境污染逐漸嚴(yán)重,能源危機(jī)和環(huán)境問題迫在眉睫,尋找清潔可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源是解決問題的有效方式。全球各種研究表明,海洋潮流能作為可預(yù)測(cè)的可再生能源是一種擁有巨大潛質(zhì)用于商業(yè)發(fā)電的新能源。為了有效利用潮流能,理解潮流能水輪機(jī)流體動(dòng)力學(xué)特性至關(guān)重要。盡管存在許多應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及船用螺旋槳的技術(shù)可以借鑒用于對(duì)潮流能水輪機(jī)流體動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,但仍在很多方面缺乏研究數(shù)據(jù),對(duì)潮流能水輪機(jī)空化特性的研究目前全球仍處于起步階段。此外,針對(duì)已有葉片的優(yōu)化工作尚且缺乏,尤其針對(duì)潮流能水輪機(jī)葉片空化性能的優(yōu)化研究目前仍處于空白階段。針對(duì)潮流能水輪機(jī)葉片空化問題,本文開展了潮流能水輪機(jī)空化特性數(shù)值模擬準(zhǔn)確性及葉片翼型空化性能優(yōu)化工作,主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:(1)針對(duì)潮流能水輪機(jī)葉片構(gòu)建翼型基礎(chǔ),基于CFD方法對(duì)NACA63-815翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)等水動(dòng)力性能參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,獲得了較好的數(shù)值模擬精度,為水輪機(jī)葉片性能預(yù)測(cè)及葉片翼型多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)保證。(2)采用SST k-ω模型和基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的局部時(shí)均化模型(Partially-Averaged Navier-Stokes Model,PANS)對(duì)翼型云空化特性進(jìn)行了分析,比較了兩種湍流模型對(duì)云空化特性預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性;其次針對(duì)潮流能水輪機(jī)不同TSR工況的做功系數(shù)和軸向力系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并將翼型驗(yàn)證后的湍流模型應(yīng)用于潮流能水輪機(jī)不同空化數(shù)下的空化特性分析,比較了兩種湍流模型對(duì)空化預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性,分析了空泡分布規(guī)律及空化對(duì)水輪機(jī)性能的影響。(3)針對(duì)潮流能水輪機(jī)葉片空化現(xiàn)象,提出了一種基于粒子群算法和XFoil同步優(yōu)化的翼型多目標(biāo)優(yōu)化方法,基于儒可夫斯基變換及西奧道生法思想和形狀函數(shù)法,將NACA63-815翼型實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化,以此為基礎(chǔ)建立了翼型優(yōu)化物理模型。本文主要針對(duì)較大攻角下翼型表面壓力系數(shù)最小值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),為了保證翼型水動(dòng)力性能,同時(shí)考慮翼型升力系數(shù)、升阻比建立了多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),優(yōu)化了NACA63-815翼型。(4)本文優(yōu)化的NACA63-815翼型在6.8°和10.8°攻角下壓力系數(shù)最小值分別提升了17%和45.8%,最大升阻比提高了6.0%和61.1%。翼型空化初生性能得到改善,相同空化數(shù)下空泡體積減小,水動(dòng)力性能也得到了提升,驗(yàn)證了本文提出優(yōu)化方法的可行性,為潮流能水輪機(jī)葉片空化性能的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.2 潮起潮落原理圖Fig.1.2 Ebb and flow schematic期性、規(guī)律性、穩(wěn)定性[3]，因此對(duì)于利用潮流能在廣闊的海洋中不太明顯，但在岸邊、島嶼、海流作用能使潮流能更加豐富。潮流能用于發(fā)電不，省去了土建成本，發(fā)電不受洪水、枯水等水文發(fā)利用發(fā)電的潮流能大約 3 億千瓦，主要集中于國(guó)即在墨西哥灣流實(shí)驗(yàn)小型的潮流發(fā)電系統(tǒng)，、美提出了超導(dǎo)體潮流發(fā)電方式。比較豐富，對(duì)沿海 130 個(gè)水道的潮流能資源的中了我國(guó)大部分潮流能資源，最大能流密度區(qū)其次為舟山地區(qū)，，能流密度能達(dá)到 25.93kW/m較豐富資源。總體來說，我國(guó)具有豐富的潮流能

（a）水平軸潮流能水輪機(jī) （b）豎直軸潮流能水輪機(jī)圖 1.3 水平軸與豎直軸潮流能水輪機(jī)對(duì)比Fig.1.3 Comparison of horizontal and vertical axis turbines式潮流能水輪機(jī)是因?yàn)樗髋c旋轉(zhuǎn)軸平行來命名的，水平軸潮流能高的效率在潮流能發(fā)電領(lǐng)域占據(jù)主體位置。目前，在潮流能發(fā)電產(chǎn)軸流式水輪機(jī)。潮流能獲取裝置詳細(xì)分類如圖 1.4 所示:
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK730.1;P743.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2703269