本文關(guān)鍵詞：潮流能水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著傳統(tǒng)能源的消耗和環(huán)境保護(hù)要求的增加，作為一種清潔而且儲量充足的可再生能源，許多國家對潮流能的開發(fā)利用也越來越關(guān)注。水平軸潮流能水輪機(jī)作為常用的捕能裝置，它將潮流能轉(zhuǎn)化為自身葉輪的動能并帶動發(fā)電機(jī)做功發(fā)電。其中，葉片是葉輪的關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響著葉輪的捕能效率，這也使得對葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其性能的分析變得尤為重要。本文參照實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有簡單潮流能水輪機(jī)模型，運(yùn)用數(shù)值模擬和理論計(jì)算的方法開展了葉片翼型性能、葉片設(shè)計(jì)以及葉輪水動力性能與結(jié)構(gòu)性能的分析研究。主要包括以下內(nèi)容： 首先，綜述了國內(nèi)外大量的潮流能水輪機(jī)研究相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對世界各國潮流能開發(fā)技術(shù)和一些相關(guān)工程項(xiàng)目的基本情況進(jìn)行了介紹； 其次，參照螺旋槳、風(fēng)力發(fā)電等裝置的葉片設(shè)計(jì)，基于葉素—動量理論，以達(dá)到能量的最大捕獲為目的，得出潮流能水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，，給出了對葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本步驟；運(yùn)用CFD技術(shù)預(yù)測了葉片翼型水動力性能，探討了邊界層網(wǎng)格劃分對于數(shù)值模擬計(jì)算精確性的影響，同時(shí)得到其相關(guān)的升、阻力系數(shù)與壓力系數(shù)曲線、壓力分布及流線圖，為后期設(shè)計(jì)葉片奠定基礎(chǔ)； 然后，運(yùn)用MATLAB軟件計(jì)算出葉片各截面翼型的相關(guān)參數(shù)，并且對求出的各截面翼型的弦長、扭角進(jìn)行了修正以使葉片結(jié)構(gòu)能夠光滑過渡；根據(jù)所得葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)，分別以翼型前緣和翼型最大厚度為基準(zhǔn)，運(yùn)用SolidWorks軟件建立了兩種葉片幾何模型，同時(shí)建立了相應(yīng)的葉輪幾何模型； 最后，運(yùn)用CFD方法對兩種葉輪模型在設(shè)計(jì)流速下工作時(shí)的捕能效果進(jìn)行了探討、對比，獲得捕能效果較優(yōu)的一種葉輪模型，并對其在一定流速范圍內(nèi)進(jìn)行了流固耦合分析，得到了相應(yīng)的功率和軸向推力曲線、捕能系數(shù)和軸向推力系數(shù)曲線；同時(shí)，對葉輪結(jié)構(gòu)性能也進(jìn)行了分析，獲得了葉輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形分布。這些結(jié)果均可以為葉輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：水平軸潮流能水輪機(jī) 翼型 葉片設(shè)計(jì) 能量最大捕獲 流固耦合分析
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK730.3
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 前言13-26
• 1.1 潮流能研究背景13-15
• 1.2 潮流能發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 潮流能利用技術(shù)17-22
• 1.3.1 水平軸潮流能水輪機(jī)17-20
• 1.3.2 豎軸潮流能水輪機(jī)20
• 1.3.3 升力—阻力型潮流能水輪機(jī)20-21
• 1.3.4 振蕩式水翼潮流能裝置21-22
• 1.4 潮流能水輪機(jī)葉片研究現(xiàn)狀22-24
• 1.4.1 葉片選取的研究23
• 1.4.2 翼型選取的研究23-24
• 1.5 本文主要工作24-26
• 第二章 水平軸潮流能水輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)基本理論26-31
• 2.1 動量理論26-27
• 2.2 葉素理論27-28
• 2.3 葉素—動量(BEM)理論28-29
• 2.4 基于BEM理論的葉片設(shè)計(jì)基本步驟29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 水平軸潮流能水輪機(jī)葉片翼型動力特性的研究31-49
• 3.1 翼型的基本理論31-36
• 3.1.1 翼型的基本幾何參數(shù)31-32
• 3.1.2 不同翼型族的介紹32-33
• 3.1.3 翼型的動力特性33-35
• 3.1.4 影響翼型動力性能的因素35-36
• 3.2 運(yùn)用CFD軟件對翼型動力特性的數(shù)值模擬36-47
• 3.2.1 CFD基本介紹36-37
• 3.2.2 利用CFX對翼型動力特性數(shù)值模擬37-40
• 3.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果40-47
• 3.3 本章小結(jié)47-49
• 第四章 葉片的設(shè)計(jì)與建模49-55
• 4.1 葉片的設(shè)計(jì)49-52
• 4.1.1 計(jì)算模型及其約束條件49
• 4.1.2 利用已知參數(shù)進(jìn)行求解49-52
• 4.2 葉片三維實(shí)體的建模52-54
• 4.2.1 SolidWorks軟件基本介紹52-53
• 4.2.2 利用SolidWorks軟件進(jìn)行葉輪建模53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第五章 葉輪捕能效率分析55-62
• 5.1 葉輪效率理論分析55-58
• 5.2 利用CFD方法對葉輪水動力性能的數(shù)值模擬58-61
• 5.2.1 模型的前處理58-59
• 5.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第六章 葉輪的流固耦合分析62-73
• 6.1 流固耦合分析基礎(chǔ)62-63
• 6.2 ANSYS Workbench基本介紹63
• 6.3 潮流能水輪機(jī)葉輪的流固耦合分析63-72
• 6.3.1 計(jì)算模型的建立63-65
• 6.3.2 葉輪的單、雙向流固耦合對比分析65-72
• 6.4 本章小結(jié)72-73
• 第七章 總結(jié)與展望73-75
• 7.1 論文總結(jié)73
• 7.2 工作展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 致謝78-79
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果79

【參考文獻(xiàn)】

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8 葉枝全,馬昊e

本文編號：319741