垂直軸水輪機因其轉子軸向與來流方向垂直而得名。在潮流能轉換裝置中,以其特有的優(yōu)勢占據(jù)著極其重要的地位。然而傳統(tǒng)的垂直軸潮流能水輪機在實際的工程運行中,存在著諸多不足之處,如效率低,自啟動困難,可靠性差等缺點。本文針對垂直軸水輪機的不利之處,借鑒垂直軸風力發(fā)電機的變偏角控制策略,將其引申到了潮流能水輪機。通過與傳統(tǒng)的固定葉片偏角的水輪機相比較,并對變偏角水輪機的性能參數(shù)進行了詳細分析,最終提出了優(yōu)化的葉片變偏角的控制策略,文中主要關于葉片偏角正弦變化的控制策略進行了CFD數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)葉片偏角正弦變化的垂直軸水輪機的水動力性能相對于固定偏角明顯提高。首先對垂直軸變偏角水輪機流場域進行運動區(qū)域的劃分,利用ICEM前處理軟件將流場空間離散化。在葉片附近區(qū)域采用了O-C型block結合的方式生成二維網(wǎng)格,有效地處理了葉片尾緣尖銳區(qū)網(wǎng)格變異的情況,從而提高了網(wǎng)格的質(zhì)量。網(wǎng)格區(qū)域間采用滑移網(wǎng)格運動方式。本次模擬考慮到水輪機真實的啟動過程,水輪機流體域的入口處通過導入UDF自定義函數(shù)（來流速度從零增加直到流速穩(wěn)定狀態(tài)）作為邊界條件而非通常采用的強迫式驅(qū)動速度。求解器用Fluent,并采用了基于N... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 海洋新能源開發(fā)背景
        1.1.1 海洋潮流資源的研究意義
        1.1.2 地球表面潮流能分布情況
    1.2 海洋潮流能的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 開發(fā)潮流能的優(yōu)勢
        1.2.2 潮流能轉換系統(tǒng)的發(fā)電原理及其類別
        1.2.3 垂直軸潮流能水輪機結構形式
        1.2.4 國際上垂直軸潮流能水輪機研究進展
        1.2.5 國內(nèi)潮流能裝置研究進展
    1.3 國內(nèi)外潮流能水輪機變偏角技術研究進展
        1.3.1 國際上垂直軸葉輪機變偏角技術概述
        1.3.2 國內(nèi)垂直軸水輪機變偏角技術概述
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
2 垂直軸潮流能水輪機的研究方法及其水動力原理
    2.1 水輪機葉片在流體中運動的研究方法
        2.1.1 葉素動量理論的葉輪水動力分析
        2.1.2 渦元理論的葉輪流體動力分析
        2.1.3 計算流體力學(CFD)水力數(shù)學模型
        2.1.4 CFD預處理中滑移網(wǎng)格的運算機理
        2.1.5 UDF自定義函數(shù)網(wǎng)格區(qū)域運動控制
    2.2 水輪機轉子運轉時的流體動力學原理
        2.2.1 垂直軸水輪機葉片受力分析
        2.2.2 垂直軸水輪機性能的關鍵參數(shù)
    2.3 本章小結
3 垂直軸潮流能水輪機數(shù)值建模
    3.1 垂直軸水輪機結構物理模型的建立
    3.2 垂直軸水輪機數(shù)值模型求解
    3.3 網(wǎng)格數(shù)與時間步的不確定性量化分析
    3.4 數(shù)值模型的有效性驗證
    3.5 本章小結
4 垂直軸潮流能葉片變偏角水輪機CFD數(shù)值計算結果分析
    4.1 垂直軸水輪機周圍的流場分析
    4.2 垂直軸水輪機的攻角變化
    4.3 水輪機的整體輸出情況
    4.4 葉片上的水動力特征
    4.5 轉子參數(shù)對水輪機性能的影響
    4.6 本章小結
5 垂直軸水輪機被動式變偏角水動力性能實驗
    5.1 垂直軸水輪機水槽實驗模型設計
    5.2 水槽實驗數(shù)據(jù)處理與分析
    5.3 變偏角實驗模型水槽測試問題及解決辦法
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿生葉片水動力特性實驗研究[J]. 劉清照,陳兵,王利東,蘇少帥.  可再生能源. 2018(04)
[2]潮流能開發(fā)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及面臨的力學問題[J]. 張理,李志川.  力學學報. 2016(05)
[3]一種新型垂直軸潮流能水輪機性能的初步研究[J]. 康海貴,謝宇,陳兵,郭偉,夏露.  可再生能源. 2014(09)
[4]潮流能開發(fā)技術研究進展[J]. 魏東澤,吳國榮,郭欣,顧恩凱.  可再生能源. 2014(07)
[5]同軸雙轉子H-Darrieus型潮流能水輪機起動扭矩研究[J]. 陳兵,王聰,郭偉,謝宇.  可再生能源. 2014(07)
[6]葉片參數(shù)對潮流能自由變偏角水輪機性能影響規(guī)律研究[J]. 張學偉,張亮,李志川,盛其虎,王樹齊.  太陽能學報. 2014(04)
[7]潮流能研究現(xiàn)狀2013[J]. 張亮,李新仲,耿敬,張學偉.  新能源進展. 2013(01)
[8]豎軸潮流能水輪機實驗臺設計及水動力性能測試[J]. 趙廣,郭嘉楠,劉艷,宿曉輝,孫濤,楊冉升.  太陽能學報. 2013(07)
[9]潮流能自由變偏角水輪機限位角優(yōu)化方法[J]. 張學偉,張亮,李志川,盛其虎,王樹齊.  哈爾濱工程大學學報. 2012(11)
[10]可控偏角垂直軸水輪機試驗研究[J]. 李鳳來,李志川,張亮,季劍遠.  太陽能學報. 2012(07)

碩士論文
[1]一種新型變攻角直葉水輪機水動力性能優(yōu)化研究[D]. 汪魯兵.哈爾濱工程大學 2003



本文編號：3354996