本文選題：海洋可再生能源　切入點(diǎn)：水輪機(jī)　出處：《上海海洋大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)不可再生的化石燃料也伴隨著工業(yè)的發(fā)展而逐漸消耗殆盡，能源危機(jī)日益加劇，而我國能源供應(yīng)形勢更為緊張；同時伴隨著工業(yè)對化石燃料的消耗所產(chǎn)生的大氣污染和溫室效應(yīng)已經(jīng)嚴(yán)重影響和制約了人們的生產(chǎn)和生活方式，這已經(jīng)引起了全世界各個國家的關(guān)注和擔(dān)憂，因此尋找一種新型可再生清潔能源來替代傳統(tǒng)所依靠的化石能源顯得十分必要。 目前全世界范圍內(nèi)對新能源開發(fā)利用比較成熟并進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營的是太陽能、風(fēng)能、潮汐能和地?zé)崮艿取Ｈ欢Ｑ竽芤彩且环N新型可再生能源，是蘊(yùn)藏在海洋中的清潔自然能源，其中應(yīng)用比較廣泛的是海洋波浪能和潮流能等。而這些自然能源則是以巨大的動能、勢能等能量形勢蘊(yùn)藏在廣闊的海洋中，因此如果有一種形式可以將這些巨大的能量收集起來并加以利用，這必將會有廣闊的發(fā)展前景。 本課題基于目前嚴(yán)峻的能源形勢以及對海洋可再生能源開發(fā)利用研究的基礎(chǔ)，自行研發(fā)設(shè)計了一種以水輪機(jī)作為浪流能捕獲裝置的小型、模塊化海洋能發(fā)電裝置。通過前期方案的建立、建模仿真、樣機(jī)生產(chǎn)加工、裝置發(fā)電性能的測試以及發(fā)電裝置實(shí)驗室水槽試驗和海上現(xiàn)場試驗研究，課題已收獲有益成效。該裝置通過陣列環(huán)布葉片的水輪機(jī)，有效捕獲并轉(zhuǎn)化海洋波浪與潮流能，水輪機(jī)主軸直接與發(fā)電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)單級傳動，克服傳統(tǒng)發(fā)電裝置多級轉(zhuǎn)換效率低下等問題。整個裝置利用浮筒漂浮海面，錨鏈系泊，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制，離岸運(yùn)行。該課題延伸可與海上風(fēng)能、太陽能等組成多能互補(bǔ)的供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)島礁低成本供電、海水淡化和生活污水處理等一體化系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景。 論文首先對我國目前嚴(yán)峻的能源供應(yīng)形勢以及對海洋可再生能源開發(fā)利用的必要性進(jìn)行了綜述，詳細(xì)介紹了目前國內(nèi)外對海洋波浪能與潮流能的開發(fā)利用技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展，并提出了本文所研究的輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的設(shè)計與數(shù)值模擬研究課題，，并就課題所設(shè)計的方案的可行性進(jìn)行了理論論證工作。 其次詳細(xì)闡述了輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的方案設(shè)計過程。包括發(fā)電裝置方案的選擇以及對裝置的一些關(guān)鍵零部件選擇，并對裝置的水動力學(xué)特性進(jìn)行了理論分析研究。建立發(fā)電系統(tǒng)的二、三維數(shù)學(xué)模型，并對后期發(fā)電裝置的數(shù)值模擬分析以及試驗研究提供了基礎(chǔ)。 關(guān)于發(fā)電裝置關(guān)鍵零部件有限元分析數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)的介紹了有限元方法在工程結(jié)構(gòu)受力分析過程中的應(yīng)用，以及大型通用有限元分析軟件ANSYS的求解分析模塊，針對課題中浪流輪機(jī)的關(guān)鍵部件主軸進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析，并就發(fā)電裝置的浮筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論設(shè)計與數(shù)值模擬研究。 論文重點(diǎn)介紹了輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的水動力學(xué)數(shù)值模擬仿真計算，建立了流體力學(xué)控制方程組，選擇離散化的數(shù)值模擬方法對發(fā)電裝置的輪機(jī)葉片做了基于Fluent軟件的流體動力學(xué)仿真計算研究。詳細(xì)介紹了輪機(jī)葉片的建模與離散化的二維網(wǎng)格劃分方法，并通過對輪機(jī)施加初始和邊界條件限制，選擇適合輪機(jī)仿真計算的湍流模型并進(jìn)行求解計算。借助于Fluent軟件求解計算模擬方法，對輪機(jī)葉片的葉片數(shù)、輪機(jī)安裝傾角、輪機(jī)葉片所受流場中流體力的扭矩與受力作用等進(jìn)行了水動力學(xué)分析，這為課題后期對輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)支撐與設(shè)計依據(jù)。 輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置試驗研究與結(jié)果分析部分通過對發(fā)電裝置的模型進(jìn)行一系列的實(shí)驗室水槽試驗，分析發(fā)電裝置的發(fā)電性能，并進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到較為理性的試驗狀態(tài)后對裝置進(jìn)行了海上現(xiàn)場試驗，研究現(xiàn)場試驗的試驗結(jié)果，并比對前期的數(shù)值模擬仿真與實(shí)驗室水槽試驗，分析和驗證課題方案的合理性。課題無論是在初期實(shí)驗方案的確立還是后期的實(shí)驗裝置模型數(shù)值模擬仿真以及最后的實(shí)驗室水槽試驗和海上現(xiàn)場試驗，整個課題過程積累了大量的研究方法理論和基礎(chǔ)，為今后海洋能發(fā)電領(lǐng)域奠定了良好的項目基礎(chǔ)。
[Abstract]:With the rapid development of global economy, the traditional non renewable fossil fuels also accompanied by industrial development and gradually depleted, energy crisis intensified, and the situation of energy supply in China is more intense; accompanied by the consumption of industrial air pollution on fossil fuels and the resulting pollution and the greenhouse effect has seriously affected and restricted the people the way of life and production, which has caused various countries around the world attention and concern, so looking for a new renewable clean energy to replace the traditional rely on fossil energy is very necessary.
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本文編號：1585341