垂直軸水輪機(jī)因其轉(zhuǎn)子軸向與來(lái)流方向垂直而得名。在潮流能轉(zhuǎn)換裝置中,以其特有的優(yōu)勢(shì)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(jī)在實(shí)際的工程運(yùn)行中,存在著諸多不足之處,如效率低,自啟動(dòng)困難,可靠性差等缺點(diǎn)。本文針對(duì)垂直軸水輪機(jī)的不利之處,借鑒垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變偏角控制策略,將其引申到了潮流能水輪機(jī)。通過(guò)與傳統(tǒng)的固定葉片偏角的水輪機(jī)相比較,并對(duì)變偏角水輪機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)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(guān)于葉片偏角正弦變化的控制策略進(jìn)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(jī)的水動(dòng)力性能相對(duì)于固定偏角明顯提高。首先對(duì)垂直軸變偏角水輪機(jī)流場(chǎng)域進(jìn)行運(yùn)動(dòng)區(qū)域的劃分,利用ICEM前處理軟件將流場(chǎng)空間離散化。在葉片附近區(qū)域采用了O-C型block結(jié)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(yùn)動(dòng)方式。本次模擬考慮到水輪機(jī)真實(shí)的啟動(dòng)過(guò)程,水輪機(jī)流體域的入口處通過(guò)導(dǎo)入U(xiǎn)DF自定義函數(shù)（來(lái)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(qiáng)迫式驅(qū)動(dòng)速度。求解器用Fluent,并采用了基于N... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(shì)
        1.2.2 潮流能轉(zhuǎn)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(jī)結(jié)構(gòu)形式
        1.2.4 國(guó)際上垂直軸潮流能水輪機(jī)研究進(jìn)展
        1.2.5 國(guó)內(nèi)潮流能裝置研究進(jìn)展
    1.3 國(guó)內(nèi)外潮流能水輪機(jī)變偏角技術(shù)研究進(jìn)展
        1.3.1 國(guó)際上垂直軸葉輪機(jī)變偏角技術(shù)概述
        1.3.2 國(guó)內(nèi)垂直軸水輪機(jī)變偏角技術(shù)概述
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
2 垂直軸潮流能水輪機(jī)的研究方法及其水動(dòng)力原理
    2.1 水輪機(jī)葉片在流體中運(yùn)動(dòng)的研究方法
        2.1.1 葉素動(dòng)量理論的葉輪水動(dòng)力分析
        2.1.2 渦元理論的葉輪流體動(dòng)力分析
        2.1.3 計(jì)算流體力學(xué)(CFD)水力數(shù)學(xué)模型
        2.1.4 CFD預(yù)處理中滑移網(wǎng)格的運(yùn)算機(jī)理
        2.1.5 UDF自定義函數(shù)網(wǎng)格區(qū)域運(yùn)動(dòng)控制
    2.2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的流體動(dòng)力學(xué)原理
        2.2.1 垂直軸水輪機(jī)葉片受力分析
        2.2.2 垂直軸水輪機(jī)性能的關(guān)鍵參數(shù)
    2.3 本章小結(jié)
3 垂直軸潮流能水輪機(jī)數(shù)值建模
    3.1 垂直軸水輪機(jī)結(jié)構(gòu)物理模型的建立
    3.2 垂直軸水輪機(jī)數(shù)值模型求解
    3.3 網(wǎng)格數(shù)與時(shí)間步的不確定性量化分析
    3.4 數(shù)值模型的有效性驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
4 垂直軸潮流能葉片變偏角水輪機(jī)CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析
    4.1 垂直軸水輪機(jī)周圍的流場(chǎng)分析
    4.2 垂直軸水輪機(jī)的攻角變化
    4.3 水輪機(jī)的整體輸出情況
    4.4 葉片上的水動(dòng)力特征
    4.5 轉(zhuǎn)子參數(shù)對(duì)水輪機(jī)性能的影響
    4.6 本章小結(jié)
5 垂直軸水輪機(jī)被動(dòng)式變偏角水動(dòng)力性能實(shí)驗(yàn)
    5.1 垂直軸水輪機(jī)水槽實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)
    5.2 水槽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析
    5.3 變偏角實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ退蹨y(cè)試問(wèn)題及解決辦法
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]仿生葉片水動(dòng)力特性實(shí)驗(yàn)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(shì)及面臨的力學(xué)問(wèn)題[J]. 張理,李志川.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2016(05)
[3]一種新型垂直軸潮流能水輪機(jī)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(shù)研究進(jìn)展[J]. 魏東澤,吳國(guó)榮,郭欣,顧恩凱.  可再生能源. 2014(07)
[5]同軸雙轉(zhuǎn)子H-Darrieus型潮流能水輪機(jī)起動(dòng)扭矩研究[J]. 陳兵,王聰,郭偉,謝宇.  可再生能源. 2014(07)
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[7]潮流能研究現(xiàn)狀2013[J]. 張亮,李新仲,耿敬,張學(xué)偉.  新能源進(jìn)展. 2013(01)
[8]豎軸潮流能水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及水動(dòng)力性能測(cè)試[J]. 趙廣,郭嘉楠,劉艷,宿曉輝,孫濤,楊冉升.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2013(07)
[9]潮流能自由變偏角水輪機(jī)限位角優(yōu)化方法[J]. 張學(xué)偉,張亮,李志川,盛其虎,王樹齊.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(11)
[10]可控偏角垂直軸水輪機(jī)試驗(yàn)研究[J]. 李鳳來(lái),李志川,張亮,季劍遠(yuǎn).  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2012(07)

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



本文編號(hào)：3354996