本文關(guān)鍵詞：懸浮式水平軸潮流能水輪機的水動力性能分析

  更多相關(guān)文章： 潮流能水輪機 流固耦合 壓力脈動 疲勞壽命 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：本文以一種新型懸浮式軸流潮流能水輪機結(jié)構(gòu)為研究,基于商業(yè)軟件ANSYS Workbench平臺的多個模塊,設(shè)計計算流程,分析水輪機葉輪的流-固耦合方法和參數(shù)化設(shè)計方法,重點研究了水輪機葉片的壓力脈動、葉輪疲勞和水輪機葉輪的優(yōu)化這三方面。首先,基于單、雙向流固耦合方法,對水平軸潮流能水輪機的葉輪實施三維數(shù)值模擬。以研究水輪機周圍流場的非定常流動,得出在三種不同工況下水輪機葉輪的應(yīng)變特征、各監(jiān)測點的水壓力脈動特性和頻域振動特性。其次,基于ANSYS Workbench平臺并利用流固耦合方法與疲勞壽命仿真相結(jié)合的方式,來綜合分析水輪機葉片的疲勞壽命,大大簡化了疲勞壽命計算的復雜步驟。流固耦合方法使流體與固體之間可以通過數(shù)據(jù)進行相互傳遞,從根本上解決了在曲面的葉片上加載疲勞載荷時的困難,減小了利用等效替代方法計算疲勞載荷時所帶來的誤差。提取瞬態(tài)過程中水輪機葉片上的危險點的動應(yīng)力隨時間變化的歷程,再將其轉(zhuǎn)化為等效應(yīng)力之后加載為動應(yīng)力時間歷程進行求解計算。最后,把水輪機的轉(zhuǎn)動慣矩、轉(zhuǎn)速、與來流速度通過優(yōu)化算法結(jié)合起來綜合計算,為水輪機的設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)。同時可從整體上優(yōu)化水輪機能量利用效率,使其效率最大化,降低水輪機的使用成本,提高懸浮式水平軸潮流能水輪機整體性能的競爭力。
【關(guān)鍵詞】：潮流能水輪機 流固耦合 壓力脈動 疲勞壽命 優(yōu)化設(shè)計
【學位授予單位】：浙江海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK730.1
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 水輪機相關(guān)研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 目的與意義16-17
• 1.4 工作內(nèi)容17-19
• 第二章 水平軸水輪機理論基礎(chǔ)19-39
• 2.1 水平軸水輪機的工作原理19-21
• 2.1.1 水平軸水輪機葉輪的捕能原理19-21
• 2.2 計算流體動力學方法21-23
• 2.2.1 質(zhì)量守恒定律21-22
• 2.2.2 動量守恒定律22
• 2.2.3 能量守恒定律22-23
• 2.3 結(jié)構(gòu)強度計算方法23-24
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)靜力學方程23
• 2.3.2 瞬態(tài)動力學分析理論23-24
• 2.4 流固耦合理論24-27
• 2.4.1 ANSYS流固耦合分析24-25
• 2.4.2 基于ANSYS流固耦合實現(xiàn)方法25
• 2.4.3 單向流固耦合25-26
• 2.4.4 雙向流固耦合26-27
• 2.5 時域與頻域求解27-29
• 2.6 葉輪疲勞分析的理論基礎(chǔ)29-35
• 2.6.1 疲勞分析理論的基本概述29-30
• 2.6.2 疲勞分析的設(shè)計方法30-35
• 2.7 水輪機優(yōu)化設(shè)計的理論基礎(chǔ)35-39
• 2.7.1 優(yōu)化設(shè)計相關(guān)軟件與工作環(huán)境的介紹35
• 2.7.2 優(yōu)化方法與CAE35-37
• 2.7.3 AWE環(huán)境下優(yōu)化的特點37-39
• 第三章 潮流能水輪機葉輪壓力脈動特性分析39-55
• 3.1 引言39-40
• 3.2 水輪機模型的建立40-41
• 3.3 計算模型建立41-42
• 3.3.1 網(wǎng)格建立與邊界條件的設(shè)定41-42
• 3.3.2 計算求解42
• 3.4 計算結(jié)果分析42-54
• 3.4.1 應(yīng)變結(jié)果分析42-43
• 3.4.2 應(yīng)力結(jié)果分析43-45
• 3.4.3 壓力脈動分析45
• 3.4.4 葉片正面的壓力脈動分析45-49
• 3.4.5 葉片背面的壓力脈動分析49-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 潮流能水輪機葉輪疲勞分析55-62
• 4.1 引言55-56
• 4.2 葉輪疲勞分析的求解設(shè)定56-61
• 4.2.1 疲勞載荷的加載56-57
• 4.2.2 疲勞載荷時間歷程的加載57
• 4.2.3 疲勞分析的計算求解57-58
• 4.2.4 疲勞壽命計算的結(jié)果分析58-61
• 4.3 本章小節(jié)61-62
• 第五章 潮流能水輪機的優(yōu)化設(shè)計62-70
• 5.1 引言62-63
• 5.2 水輪機優(yōu)化設(shè)計的模型的建立63-65
• 5.2.1 水輪機優(yōu)化設(shè)計模塊的建立63-64
• 5.2.2 水輪機優(yōu)化設(shè)計的網(wǎng)格劃分64
• 5.2.3 水輪機優(yōu)化設(shè)計邊界條件的設(shè)置64-65
• 5.3 水輪機優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果分析65-69
• 5.3.1 速度與各參數(shù)的優(yōu)化關(guān)系65-66
• 5.3.2 轉(zhuǎn)速與各參數(shù)的優(yōu)化關(guān)系66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70
• 6.2 展望70-72
• 參考文獻72-77
• 致謝77-78
• 在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文及研究成果78

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;中國與歐盟合作興建世界首座潮流能電站[J];福建能源開發(fā)與節(jié)約;2000年02期

2 ;亞洲第一座潮流能發(fā)電站在岱山建成發(fā)電[J];江西煤炭科技;2007年01期

3 呂忻;郭佩芳;;我國潮流能資源開發(fā)評述[J];海洋湖沼通報;2011年01期

4 丁曉;李洪遠;;潮流能發(fā)電的潛在環(huán)境影響及其評價指標體系研究[J];海洋經(jīng)濟;2011年04期

5 張瑞;呂忻;郭佩芳;;我國潮流能資源調(diào)查與評估標準問題的研究[J];太陽能學報;2012年S1期

6 王項南;王靜;李雪臨;朱銳;路寬;吳迪;楊磊;苑苓苓;;潮流能發(fā)電系統(tǒng)性能評估方法研究[J];海洋技術(shù);2013年03期

7 呂新剛;喬方利;;海洋潮流能資源估算方法研究進展[J];海洋科學進展;2008年01期

8 王剛;厲文超;王樹杰;王建國;李坤;;海洋潮流能發(fā)電機組控制系統(tǒng)開發(fā)[J];電力系統(tǒng)自動化;2010年14期

9 呂新剛;喬方利;趙昌;夏長水;;海洋潮流能資源的數(shù)值估算——以膠州灣口為例[J];太陽能學報;2010年02期

10 鞏冰;朱麗娟;游江;;海洋潮流能發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)研究[J];電測與儀表;2010年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王樹杰;尹克金;李淑一;李冬;;風浪流聯(lián)合載荷作用下潮流能發(fā)電實驗平臺穩(wěn)定性研究[A];第十四屆中國海洋（岸）工程學術(shù)討論會論文集（上冊）[C];2009年

2 傅涌廷;;杭州灣潮流能開發(fā)設(shè)想[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會第三屆學術(shù)討論會論文集[C];2010年

3 張雪明;徐明奇;朱挽強;;自變距雙向流潮流能電站專用水平軸透平設(shè)計[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會第三屆學術(shù)討論會論文集[C];2010年

4 鮑獻文;王勇智;;加強潮流能發(fā)電的研究與開發(fā)[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會成立大會暨第一屆學術(shù)討論會論文集[C];2008年

5 侯放;于華明;鮑獻文;;基于高分辨率數(shù)值模型的舟山群島海域潮流能資源分析[A];中國可再生能源學會2011年學術(shù)年會論文集[C];2011年

6 呂新剛;喬方利;夏長水;;潮流能資源的數(shù)值估算:以膠州灣口為例[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會成立大會暨第一屆學術(shù)討論會論文集[C];2008年

7 趙龍武;王樹杰;李冬;;國內(nèi)外潮流能利用技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[A];第二屆全國海洋能學術(shù)研討會論文集[C];2009年

8 劉宏偉;李偉;林勇剛;馬舜;;基于液壓傳動的潮流能發(fā)電裝置及其變槳距機構(gòu)研究[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會第三屆學術(shù)討論會論文集[C];2010年

9 王剛;王樹杰;王建國;李坤;;潮流能發(fā)電實驗平臺檢測控制系統(tǒng)研究[A];第二屆全國海洋能學術(shù)研討會論文集[C];2009年

10 劉宏偉;李偉;林勇剛;;海/潮流能發(fā)電裝置葉片翼形優(yōu)化及氣蝕研究[A];中國可再生能源學會海洋能專業(yè)委員會成立大會暨第一屆學術(shù)討論會論文集[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 國家海洋技術(shù)中心主任 羅續(xù)業(yè);我國潮流能開發(fā)利用前景光明[N];中國海洋報;2010年

2 國家海洋技術(shù)中心 羅續(xù)業(yè);潮流能：部分已實現(xiàn)并網(wǎng)輸電[N];中國海洋報;2010年

3 記者　沈良中　縣報道組　趙紅澤　傅元元;湍急海潮送電來[N];浙江日報;2005年

4 記者 方智斌　金春玲 市民記者 楊岱斌;托起海洋新能源的明天[N];舟山日報;2011年

5 記者 林上軍;舟山：暢想海上“大三峽”[N];浙江日報;2010年

6 仲文玉;高性能復材葉片用于海上潮流能發(fā)電[N];中國建材報;2013年

7 張弘_" 孫科;“海能-Ⅰ”號趕潮流 運行態(tài)勢良好[N];中國船舶報;2013年

8 記者 朱申路　通訊員 張舒 王一;潮流能發(fā)電向產(chǎn)業(yè)化又近一步[N];舟山日報;2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 馬舜;水平軸潮流能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換率及功率控制研究[D];浙江大學;2011年

2 張蕭;共水平軸潮流能自變距雙透平技術(shù)研究[D];東北師范大學;2013年

3 郭偉;新型豎軸潮流能轉(zhuǎn)換裝置數(shù)值與試驗研究[D];大連理工大學;2014年

4 徐明奇;潮流能直驅(qū)式海水淡化裝置技術(shù)及仿真研究[D];東北師范大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂忻;潮流能資源調(diào)查與評估標準研究[D];中國海洋大學;2011年

2 安佰娜;潮流能發(fā)電場尾流場數(shù)值模擬及其多機組影響規(guī)律研究[D];中國海洋大學;2012年

3 袁金雄;潮流能提取水動力響應(yīng)數(shù)值研究[D];浙江大學;2012年

4 高連勝;錨定式潮流能發(fā)電系統(tǒng)及其控制器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

5 葉青;潮流能發(fā)電裝置電力輸出性能監(jiān)測評估[D];華北電力大學;2015年

6 夏海南;潮流能發(fā)電裝置功率特性測試分析方法研究[D];大連海洋大學;2015年

7 宋文龍;水平軸潮流能水輪機葉片的優(yōu)化設(shè)計及實驗性能研究[D];北京化工大學;2015年

8 朱斌;水平軸潮流能捕獲槳葉的設(shè)計與研究[D];寧波大學;2015年

9 吳霞;低流速潮流能捕獲機構(gòu)導流裝置性能研究[D];太原科技大學;2014年

10 陳震;潮流能發(fā)電機組水下監(jiān)控裝置的設(shè)計與開發(fā)[D];中國海洋大學;2015年

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本文編號：1122010