在實際海洋環(huán)境中,海洋動力過程復雜多樣。潮流運動往往和波浪相互作用,發(fā)生浪流聯(lián)合作用的環(huán)境載荷,這種耦合流動會對海工建筑物、航道等產(chǎn)生巨大的破壞。本文以垂直軸三葉片潮流能水輪機為研究對象,通過數(shù)值模擬方法建立了二階stokes波浪水槽,在波浪與均勻流的聯(lián)合作用下,研究水輪機運行過程中的水動力性能變化;與此同時針對水輪機在均勻流和浪流聯(lián)合載荷中均表現(xiàn)出來的輸出能量低且不穩(wěn)定的缺點提出相應的改善方法,主要研究內(nèi)容及相關結論如下:1)確立以二階斯托克斯波浪方程為基礎,根據(jù)行波解析解探究了數(shù)值波浪邊界條件的合理給定方式,采用邊界造波法、阻尼消波技術及VOF自由表面處理方法,基于CFX軟件構建了二維和三維的數(shù)值波浪水槽,成功實現(xiàn)了二階Stokes波浪的數(shù)值模擬。數(shù)值波浪具有良好的品質(zhì),在爬升和下降的傳播過程中具有良好的穩(wěn)定性和周期性,與理論波形較好的吻合。在波浪參數(shù)誤差中,因波浪粘性作用導致能量耗散造成波高誤差值最大。2)基于波浪的數(shù)值模擬方法,在三維水槽中添加垂直軸潮流能水輪機,進行二階Stokes波浪與均勻流聯(lián)合環(huán)境對水輪機的模擬分析,對比了均勻流和浪-流聯(lián)合條件中水輪機性能和內(nèi)部流場。結果... 

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號說明
1 緒論
    1.1 課題研究背景、目的及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 潮流發(fā)電的發(fā)展概況
        1.2.2 數(shù)值波浪的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 波浪環(huán)境對水輪機的影響
    1.3 本文主要研究工作
2 數(shù)值波浪模擬
    2.1 數(shù)值波浪的基本理論
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 二階stokes波浪理論
        2.1.3 數(shù)值計算方法
        2.1.4 湍流模型
    2.2 造波方法和消波方程
    2.3 二維stokes數(shù)值波浪的建立
        2.3.1 數(shù)值波浪模型和邊界條件
        2.3.2 波浪模擬結果分析
        2.3.3 數(shù)值波浪結果驗證
    2.4 三維stokes數(shù)值波浪的建立
        2.4.1 三維波浪模型
        2.4.2 三維波浪結果分析
    2.5 本章小結
3 浪-流聯(lián)合環(huán)境的潮流能豎軸水輪機數(shù)值模擬
    3.1 水輪機幾何模型
    3.2 波浪參數(shù)及浪-流模型
    3.3 水輪機計算模型
        a 計算域及網(wǎng)格劃分
        b 邊界條件
        c 計算方法
    3.4 數(shù)值計算準確性驗證
    3.5 本章小結
4 浪-流聯(lián)合環(huán)境載荷對潮流能水輪機的性能影響研究
    4.1 浪-流聯(lián)合環(huán)境與潮流均勻環(huán)境的運動規(guī)律
    4.2 能量性能
    4.3 流場變化
        4.3.1 渦量場變化
        4.3.2 流線分析
        4.3.3 葉輪速度分析
    4.4 本章小結
5 潮流能豎軸水輪機性能改善研究
    5.1 引言
    5.2 幾何模型和計算條件
    5.3 不同螺旋包角葉輪的能量性能對比
    5.4 螺旋葉輪水輪機內(nèi)流場特性研究
        5.4.1 葉片表面壓力系數(shù)分布
        5.4.2 葉輪渦量場分析
        5.4.3 葉片表面壓力脈動特性
    5.5 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間主要研究成果



本文編號：3670206