發(fā)布時間：2020-05-08 06:35

【摘要】：潮流能是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉�，潮流能發(fā)電技術已經從海上工程樣機示范階段逐漸步入商業(yè)化應用階段，一批大型的潮流能發(fā)電場正處于規(guī)劃建設當中，而優(yōu)化潮流能轉換裝置的布局是完成潮流能發(fā)電場建設的關鍵環(huán)節(jié)之一，其直接關系到潮流能發(fā)電場的經濟效益。潮流能發(fā)電機組的縱向間距如果太小，則沿水流流動方向，上游機組會對下游機組將產生較大的尾流影響，致使下游水輪機的輸出功率減少。此外，由于水輪機尾流中存在湍流流動，還會造成水輪機機組的損壞，，降低水輪機機組的使用壽命。因此，需要根據潮流能資源的分布、水輪機機組的特性以及尾流效應等方面對潮流能發(fā)電場進行優(yōu)化布局。本文通過結合數值模擬與模型試驗方法，研究上游水輪機對下游水輪機的影響，同時對發(fā)電場中水輪機的不同布置方式進行了研究，具體研究的內容為： 首先，分析國內外潮流能開發(fā)利用技術的研究現狀，總結潮流能開發(fā)利用的一般過程，包括潮流能轉換裝置的模型試驗階段、潮流能示范工程階段以及潮流能發(fā)電場階段，明確發(fā)電場中潮流能發(fā)電裝置布放的研究是必然的趨勢。 其次，運用CFD軟件對水平軸水輪機進行三維穩(wěn)態(tài)數值模擬，得出靜壓分布、速度分布以及湍流分布特性圖，分析總結潮流能水輪機尾流場效應的研究方法。對水輪機機組的縱向布置和交錯布置方式進行研究，根據水動力學原理以及數值計算方法，模擬水輪機機組的兩種布置方式，對比分析流場中壓力、速度和湍流的分布情況。同時給定相同的水流強度及方向，在0-35D范圍內調整水輪機機組的縱向間距，得到縱向布置與交錯布置的推力系數CT，進而得出兩種布置方式下水輪機機組間的相互影響規(guī)律。 最后，對水輪機模型進行流場試驗，測得單個水輪機模型尾流場中速度變化的數據和多機組在不同布置方式下流場中速度變化的數據，再將試驗數據分析結果與數值模擬結果進行對比，進一步驗證CFD軟件得出的結論，同時也為下一步工程化應用研究奠定基礎。
【圖文】：

圖 1-1 用于 CFD 模擬的陣列布置大學海洋能研究組 R. Malki[6]等人研究了潮流能水用葉素動量-計算流體力學（BEM-CFD）方法模擬流經過兩個上游水輪機之后，預測尾流的流動結構性能的影響。考慮縱向間距在 1~10 倍水輪機直徑 1.5~5 倍的水輪機直徑范圍內。很明顯可得，與自察到流速比較低，與轉子橫向臨近區(qū)則會有較高流影響初始尾流區(qū)域內會有明顯的負加速度。旁邊相因此，流速會有所增加，陣列中縱向間距較小的（輪機將會受益于這一特點，接著尾流會恢復穩(wěn)定，完全恢復。如果上游水輪機橫向間距太小，水輪機橫向間距較大，則影響反之，同樣的下游水輪機也流的加速。

（1）分析總結國外潮流能發(fā)電工程的開展現狀，并結合我國海域的實際情況，展開我國潮流能示范工程的建設規(guī)劃，將海洋環(huán)境影響的評估、獲能裝置的固定方式、數據采集監(jiān)測單元、電力變換與傳輸、能源管理系統等做成標準化的模塊。（2）運用 CFD 軟件對潮流能發(fā)電場中水平軸水輪機進行三維穩(wěn)態(tài)數值模擬，得出尾流場中靜壓分布、速度分布以及湍流分布的特性圖，分析總結潮流能水輪機尾流場效應的研究方法。（3）對于潮流能發(fā)電場中多機組布置方式的研究，根據水動力學原理以及數值計算方法，采用非結構網格進行劃分計算區(qū)域，給定適當的邊界條件以及有效的湍流模型模擬水輪機機組兩種不同布置方式的流場，如圖 1-2 所示，對不同流場的壓力、速度和湍流情況展開研究與分析，在相同水流強度及方向的情況下，通過調整橫向與縱向間距，比較縱向布置與交錯布置得到的獲能系數CT，最終得出定性結論。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P743

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