【摘要】：海洋能作為可再生能源重要部分,具有儲量大、對環(huán)境影響小等優(yōu)點。潮流能作為海洋能一種,能量密度高,應用前景廣闊。與水平軸潮流能水輪機比較,垂直軸潮流能水輪機具有結構簡單、易于制造、不受潮流流向影響等優(yōu)點。但垂直軸水輪機也存在一些問題,主要有自啟動差、低轉速時工作效率低、工作時流場周期性非穩(wěn)態(tài)變化等缺點,影響其規(guī)模化與商業(yè)化發(fā)展。因此,本文在H型水輪機的內(nèi)部增加一層S式水輪機,形成升力—阻力型混合式垂直軸水輪機,應用CFD數(shù)值模擬方法,研究這種新型混合式垂直軸水輪機的性能。本文首先對S式水輪機與H型水輪機進行建立運動方程與受力分析,進行二維數(shù)值模擬,并對數(shù)值模擬的正確性進行驗證。研究S式水輪機的重疊比與葉尖速比對S式水輪機的水動力性能影響。研究結果表明S式水輪機適合在低葉尖速比情況下工作,并且力矩系數(shù)與葉尖速比近似成線性關系,存在一個最優(yōu)葉尖速比使S式水輪機的功率系數(shù)達到最大。帶有重疊比的S式水輪機能夠有效的減少甚至完全消除水輪機在運動過程中的負力矩的情況,從而改善S式水輪機水動力性能。此外,研究葉尖速比對H型水輪機的水動力性能影響。研究結果表明H型水輪機功率系數(shù)與葉尖速比近似關系成拋物線,存在一個最佳葉尖速比使水輪機的功率系數(shù)達到最大;與S式水輪機相比,H型水輪機適合于在較高葉尖速比的工況下工作,最佳功率系數(shù)更優(yōu)。最后,本文對混合式垂直軸水輪機進行水動力學分析與自啟性分析,主要研究混合式垂直軸水輪機幾何參數(shù)(內(nèi)外徑比、半徑比)對水動力性能與自啟性影響,并與H型水輪機進行分析比較。研究結果表明,混合式水輪機提高了啟動力矩,有效地解決了 H型水輪機自啟性較差的問題。內(nèi)層S式水輪機與外層H型水輪機的相互干擾作用,從而一定程度降低混合式水輪機的功率系數(shù)。從而,為混合式垂直軸水輪機的設計與優(yōu)化提供參考。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK730.1
【圖文】：

力矩的作用，由于Ｓ式水輪機兩側葉片的受力大小不一使水輪機旋轉，將流體的逡逑動能轉化為水輪機的機械能，從而捕獲潮流能。Ｓ式水輪機主要由２個半圓柱形逡逑葉片組成，其結構如圖２－１所示（不考慮中心轉軸等）。逡逑Ｄ逡逑ｄ邐＇逡逑ｓ逡逑＇Ｊ逡逑０）逡逑圖２－１邋Ｓ式水輪機結構簡圖逡逑圖２－１中Ｄ為水輪機直徑，ｓ為葉片間隙，為葉片直徑，重疊比ｅ定義為逡逑ｃ邋＝邋—邐（２－１）逡逑ｄ逡逑９逡逑

行網(wǎng)格劃分，并對水輪機壁面添加邊界層。利用滑移網(wǎng)格能夠有效的避免水輪機逡逑的轉動對網(wǎng)格質(zhì)量造成的影響。同時，對葉片及交界面附近的網(wǎng)格進行加密，如逡逑圖２－３所示，圖中網(wǎng)格模型約有２０３邋０００的網(wǎng)格單元。逡逑圖中Ｓ式水輪機網(wǎng)格模型中，計算區(qū)域的邊界條件有速度入口、壓力出口、逡逑滑移交界面、壁面。其中入口邊界采用速度入口，出口邊界為壓力出口，其壓力值逡逑設為ＯＰａ，圓形為滑移交界面，內(nèi)部流體區(qū)域采用滑移網(wǎng)格，葉片表面定義為壁逡逑面。逡逑１４逡逑

邐（ｅ）邋ｆ＝０．８Ｔ逡逑圖２－４邋Ｓ式水輪機不同T刻壓力云圖逡逑圖２－４為Ｓ式水輪機在一個周期內(nèi)不同時刻水輪機壓力云圖。由圖２－４可知，逡逑旋轉過程中水輪機內(nèi)部流場以及其周圍區(qū)域非定常性，在不同時刻水輪機葉片周逡逑圍的壓力分布情況不同。在／＝０、０．４八０．６ｒ時刻左側葉片的壓力值高于右側葉片逡逑１６逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2774029