隨著傳統(tǒng)化石能源瀕臨枯竭及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，各國都加大了對(duì)清潔能源的開發(fā)利用。其中海洋能源因其分布范圍廣、儲(chǔ)量大及能量密度高而被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要最具開發(fā)潛力的清潔能源。人類已利用現(xiàn)有技術(shù)將海洋能量轉(zhuǎn)化為電能,從海洋發(fā)電技術(shù)層面及能量轉(zhuǎn)化層面上綜合考慮，潮流能發(fā)電是迄今最為成熟最易實(shí)現(xiàn)的海洋能發(fā)電技術(shù)。目前國內(nèi)外潮流能發(fā)電機(jī)多采用變槳對(duì)流技術(shù)，但傳統(tǒng)的變槳技術(shù)存在變槳能量消耗高、變槳葉片承載巨大及變槳系統(tǒng)密封困難等問題。 在傳統(tǒng)變槳技術(shù)面臨一系列技術(shù)問題的時(shí)候，本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出一種新型的變槳技術(shù)試圖來解決這些問題，該變槳系統(tǒng)在變槳過程中無額外的電能消耗，僅在海水作用下便可完成槳葉小范圍自動(dòng)變距以提高海流利用系數(shù)，減少了因大角度變槳引起的葉片承載過大及變槳能量消耗高等問題。本文又在滿足載荷要求的前提下，選用非金屬聚合物徑向滾柱為變槳軸承滾動(dòng)體并采用等離子陶瓷噴涂技術(shù)對(duì)軸承內(nèi)外表面進(jìn)行處理，避免了變槳軸承的動(dòng)密封，從而無需對(duì)變距系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)并大幅提升整機(jī)的可靠性。 針對(duì)透平系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題，本文將著重圍繞以下幾個(gè)方面展開研究： 建立水平軸潮流能發(fā)電透平系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論，運(yùn)用動(dòng)量理論分析得出潮流能透平捕獲海洋能量峰值；通過假設(shè)各葉素間無氣流影響，將三維葉片水動(dòng)力性能的研究簡化成二維葉素的研究，以此計(jì)算推導(dǎo)出水平軸潮流能透平葉片的載荷計(jì)算方法；基于葉素動(dòng)量理論的應(yīng)用，可進(jìn)一步確定葉素幾何參數(shù)、潮流能流速和葉素載荷之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出自變距透平變槳數(shù)學(xué)模型。 研究潮流能流場數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)，任何流體都可用質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量方程及能量方程來表達(dá)，對(duì)流場的數(shù)值求解分析可通過對(duì)控制方程的求解而得到。鑒于難以直接對(duì)這些控制方程求解，因此需要將其在規(guī)定區(qū)域進(jìn)行離散化處理，對(duì)離散得到的線性方程進(jìn)行迭代求解。 潮流能自變距系統(tǒng)可行性研究，根據(jù)我們設(shè)想制作變距透平模型，對(duì)其進(jìn)行水槽試驗(yàn)，驗(yàn)證自變槳設(shè)計(jì)方案的可行性。以葉素動(dòng)量理論為葉片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出自變距透平并通過機(jī)械三維軟件建立幾何模型�；跀�(shù)值模擬理論基礎(chǔ)使用網(wǎng)格劃分軟件gambit對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，將劃分好的網(wǎng)格文件加載進(jìn)世界通用計(jì)算流體分析軟件fluent中進(jìn)行迭代求解。通過物理模型水槽試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬驗(yàn)證了自變距透平系統(tǒng)的可行性，同時(shí)表明了通過前移變槳軸相對(duì)位置及增大葉根舵面面積兩種方式，可有效提升變槳力矩，降低變槳啟動(dòng)流速，使葉片易于克服軸承摩擦阻力完成自動(dòng)變槳。 設(shè)計(jì)雙向共軸變距透平系統(tǒng)，通過水槽試驗(yàn)及仿真軟件對(duì)其水動(dòng)力性能進(jìn)行研究。通過物理模型水槽試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬結(jié)果表明，與定槳單透平相比共水平軸自變距雙透平在發(fā)電功率及獲能效率上有較大的提升；隨安裝角增加，透平效率急劇下降，但大安裝角有助于透平啟動(dòng)，因此對(duì)于自變槳潮流能透平來說，固定安裝角的選擇至關(guān)重要。在串聯(lián)分布透平結(jié)構(gòu)中，上游透平對(duì)下游透平有較大的干涉作用，隨著上游及下游兩組透平間距的縮短，上游透平對(duì)下游透平的干涉影響逐步增強(qiáng)，下游透平會(huì)對(duì)上游透平產(chǎn)生拖延作用，將會(huì)降低整個(gè)共水平軸雙透平系統(tǒng)的獲能效率，可以通過增加串置透平的間距來降低上游透平對(duì)下游透平的影響，提高整體發(fā)電效率。但對(duì)共軸雙透平系統(tǒng)來說，前后透平的增加勢必會(huì)導(dǎo)致加工困難、制造及維護(hù)成本增大幅增加，并也降低了整機(jī)水下運(yùn)行的可靠性。 本文的研究為攻克了水平軸潮流能發(fā)電裝置變槳的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)潮流能發(fā)電機(jī)大規(guī)推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：P743;TM619
【部分圖文】：

第一章 緒 論題研究背景、目的及意義究背景界上主要能源消費(fèi)以石化能源消費(fèi)為主。我們可以使用的石化聯(lián)合國能源署報(bào)告，煤炭儲(chǔ)量可供使用 200 年，天然氣可供使用 30 年[1]。這預(yù)示著如不改變現(xiàn)有能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，石化能源有朝。隨著現(xiàn)代工業(yè)化高速發(fā)展，人類已認(rèn)識(shí)到人類社會(huì)的發(fā)展將甚至戰(zhàn)爭爆發(fā)及地區(qū)沖突的直接導(dǎo)火索就是為爭奪更多燃料能源尋找新型能源來代替化石燃料[3-6]。中國一次能源消費(fèi)以 24.32 億噸油當(dāng)量位居世界第一位，占2000 年占世界比例增長了 11.2%。除此之外，亞太及中東國家在比例也顯著提高，北美州及歐洲仍是一次能源消耗大國，其占為23.1%及16.4%。俄羅斯、拉美、非洲的一次能源消耗比例分[7]。（見圖 1.1）

東北師范大學(xué)博士學(xué)位論文海洋能發(fā)電技術(shù)。與其它海洋能源相比，潮流能是因太陽及月球?qū)Τ傻�，其流速和流向以半日、半月為周期變化，有著很�?qiáng)的規(guī)律性海洋潮流能的開發(fā)利用成為當(dāng)今海洋能源研究的熱點(diǎn)，國內(nèi)外越來入到海洋潮流能開發(fā)利用的研究中來。沿岸潮流資源豐富，根據(jù)對(duì)130個(gè)水道的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，理論平均功率為這些資源在全國沿岸的分布（圖 1.2 中國沿岸潮流能資源分布），以37 個(gè)水道，理論平均功率為 7090MW，約占全國的 50%。其次是臺(tái)灣份的沿岸也較多，約占全國總量的 42%，其它省區(qū)較少[35]。潮流能黃海、渤海水道，最大流速 4-5 節(jié)的有幾十處，部分水道如舟山群島達(dá) 5-7 節(jié)，其功率密度近 30kW/3〖豢⒓壑礫36]。如果將這部分能濟(jì)的利用起來將會(huì)使我國能源的結(jié)構(gòu)更加合理，資源的利用更加充分

圖 1.3 英國 IT 動(dòng)力公司潮流發(fā)電裝置Fig.1.3. IT Tidal Cuurrent turbine月英國 IT 公司聯(lián)合幾家公司在英國創(chuàng)辦了海洋潮流前在世界潮流能開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)軍的地位。司還推行了潮流能開發(fā) 水下風(fēng)車 項(xiàng)目商業(yè)化的計(jì)劃W 樣機(jī)的設(shè)計(jì)制作；第二階段計(jì)劃 2003-2004 年研制段計(jì)劃2004年-2005年建設(shè)潮流能發(fā)電設(shè)備制造工廠；第四階段計(jì)劃于2005年-2006年開展潮流能發(fā)電商 年設(shè)計(jì)制造了世界上第一臺(tái)大型水平軸潮流發(fā)電樣機(jī) 15m,額定功率 300kW 潮流水輪機(jī)，該電機(jī)組被成功安過一年，該項(xiàng)目是世界上第一個(gè)在廣闊海域上安置并

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2822734