【摘要】：能源危機和環(huán)境污染是當今世界面臨的兩大主要問題,而潮流能作為綠色清潔的可再生能源,具有儲量豐富、可預測性和環(huán)境生態(tài)友好等巨大優(yōu)勢,開發(fā)前景十分可觀。許多海洋資源豐富的國家先后制定了相應的政策和戰(zhàn)略目標,以大力推動潮流能發(fā)電技術的研究,并成功建設了一定規(guī)模的潮流能發(fā)電試驗場。為了解發(fā)電裝置放置后對流場的影響情況,合理布置試驗場發(fā)電機組泊位,本文以舟山普陀山島-葫蘆島潮流能示范工程為研究場址,運用數(shù)學模型模擬發(fā)電裝置對試驗區(qū)局部近場、大范圍遠場水動力的影響情況。本文首先從數(shù)模角度簡要介紹了國內(nèi)外研究學者對潮流能試驗場水動力問題的研究方法和結(jié)論,以此為基礎,提出一種基于能量方程的發(fā)電裝置概化方法,即采用流場上下游之間的沿程阻力損失量化裝置對水流的影響,并將該影響轉(zhuǎn)化為相應的底床阻力,推導潮流發(fā)電裝置的等效糙率系數(shù)。然后建立三維潮流能裝置的局部流場模型,利用CFD軟件模擬分析裝置在七種轉(zhuǎn)速-流速組合下,局部流場的流速分布異同點;并根據(jù)發(fā)電裝置的概化方法,計算各組合下裝置的等效糙率和綜合糙率,通過回歸分析得到來流流速與綜合糙率之間的函數(shù)關系。最后將該函數(shù)關系代入舟山普陀山島-葫蘆島二維潮流數(shù)學模型,通過修改裝置所在網(wǎng)格的糙率值來模擬裝置產(chǎn)生的影響。在二維模型的計算中,分別研究了某個漲落潮歷時下全體裝置放置時、大潮過程下單一裝置放置時和全潮過程下全體裝置放置時,整個試驗場水動力的響應程度和范圍。結(jié)果表明,裝置對流場的影響區(qū)域大小與潮流流速及裝置泊位點附近的地形有關,離裝置越遠,裝置對流場的影響越小。從整體上來說,裝置對遠場流速的影響程度較小,流速的變化量最小在2%左右,最大不超過裝置放置前流速的8%。
[Abstract]:Energy crisis and environmental pollution are two major problems facing the world today. As a green and clean renewable energy, tidal current has great advantages such as abundant reserves, predictability and environmental and ecological friendliness, so the prospect of development is very considerable. Many countries rich in marine resources have formulated corresponding policies and strategic objectives in order to vigorously promote the research of tidal current energy generation technology and successfully build a certain scale of tidal energy generation test ground. In order to understand the influence of the installation on the flow field and arrange the berth of the generator set in the test site reasonably, this paper takes the Putuo Shan-Huludao tidal current energy demonstration project in Zhoushan as the research site. The mathematical model is used to simulate the influence of the generator on the local near-field and large-range far-field hydrodynamic forces in the test area. In this paper, the research methods and conclusions of hydrodynamics in tidal current energy test site are briefly introduced from the point of view of numerical simulation, and a generalizing method of generating equipment based on energy equation is put forward. That is to say, the influence of the device for quantifying the resistance loss along the flow field between the upper and lower reaches of the flow field is adopted, and the effect is transformed into the corresponding bottom bed resistance, and the equivalent roughness coefficient of the power flow generator is derived. Then the local flow field model of the three-dimensional tidal current energy device is established and the velocity distribution of the local flow field is simulated and analyzed with CFD software under the combination of seven rotational speeds and velocities. According to the generalizing method of the generator, the equivalent roughness and the comprehensive roughness of each unit are calculated, and the functional relationship between the flow velocity and the comprehensive roughness is obtained by regression analysis. Finally, this function is introduced into the two-dimensional tidal current mathematical model of Putuo Mountain Island-Huludao Island in Zhoushan, and the influence of the device is simulated by modifying the roughness value of the grid in which the device is located. In the calculation of the two-dimensional model, the response degree and range of hydrodynamic force in the whole test site are studied when the whole device is placed in a fluctuating tide calendar, when a single device is placed in the spring tide process, and the whole device is placed in the whole tidal process. The results show that the influence area of the device on the flow field is related to the tidal current velocity and the topography near the device berth. The farther away from the device, the less the influence of the device on the flow field is. On the whole, the influence of the device on the far-field velocity is small, the change of the velocity is at least about 2%, and the maximum is not more than 8% of the velocity before the device is placed.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM612

【參考文獻】

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本文編號：2463258