【摘要】：為了減少化石燃料的消耗,降低環(huán)境污染,各國政府越來越重視清潔可再生能源的開發(fā)利用。振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電技術(shù)淺海優(yōu)勢明顯,特別適合安裝在河床、沿海岸等淺水海域。深入的研究振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電技術(shù)的水動力和能量捕獲性能是開發(fā)綜合性能優(yōu)良的振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電裝置的基礎(chǔ),為開發(fā)能量捕獲效率高、工作可靠的潮流能捕獲裝置提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。 來流作用下水翼的運(yùn)動可以認(rèn)為是俯仰運(yùn)動與升沉運(yùn)動的耦合,運(yùn)動過程不斷將來流動能轉(zhuǎn)化為振蕩水翼的機(jī)械能,從而實(shí)現(xiàn)捕獲來流動能的目的。為了探索振蕩水翼運(yùn)動過程中水翼的幾何參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)以及來流的粘性參數(shù)對振蕩水翼的水動力和能量捕獲性能的影響及其影響機(jī)理,本文進(jìn)行了如下研究工作： 介紹了振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)的基本原理,建立了基于液壓換能系統(tǒng)的振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電系統(tǒng)的物理模型,給出了振蕩水翼做簡諧規(guī)律的俯仰—升沉耦合運(yùn)動時(shí)的運(yùn)動模型,并給出了衡量振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)捕獲能量性能的主要參數(shù)。 研究了求解來流繞振蕩水翼的湍流流動時(shí)的非定常、不可壓縮Navier-Stokes方程的理論和方法,采用商用CFD軟件Fluent建立了繞振蕩水翼非定常流動的數(shù)值計(jì)算模型。建立了基于動網(wǎng)格技術(shù)和滑移網(wǎng)格技術(shù)的振蕩水翼網(wǎng)格模型,給出了求解振蕩水翼周圍二維湍流流場的非定常、不可壓縮Navier-Stokes方程需要設(shè)定的主要參數(shù)及其使用的算法,給出了基于UDF二次開發(fā)功能實(shí)現(xiàn)水翼邊界運(yùn)動和水動力提取的算法,并完成了來流繞振蕩水翼非定常流動的數(shù)值計(jì)算模型的程序驗(yàn)證。結(jié)果表明,本文模型能夠準(zhǔn)確的計(jì)算振蕩水翼的漩渦結(jié)構(gòu)特性、水動力和能量捕獲性能,計(jì)算區(qū)域邊界尺寸、計(jì)算周期、湍流模型、網(wǎng)格密度和時(shí)間步長選擇合適,可保證數(shù)值計(jì)算高效準(zhǔn)確。 定量的分析了振蕩水翼捕獲潮流能的機(jī)理,系統(tǒng)的分析了運(yùn)動參數(shù)、幾何參數(shù)以及粘性參數(shù)對振蕩水翼水動力和能量捕獲性能的影響,并從漩渦結(jié)構(gòu)特性角度分析了相關(guān)參數(shù)對瞬態(tài)水動力和能量捕獲性能的影響。結(jié)果表明,運(yùn)動參數(shù)、粘性參數(shù)、幾何參數(shù)都會影響水翼壁面邊界層漩渦結(jié)構(gòu)特性,改變其中任意參數(shù)都有可能引起水翼壁面邊界層分離和旋渦脫落現(xiàn)象,而旋渦脫落又會引起動態(tài)失速及瞬態(tài)水動力性能的突變。振蕩水翼系統(tǒng)的能量捕獲效率大于30%、效率時(shí)均阻力系數(shù)比ψ大于0.2、無瞬態(tài)水動力性能突變時(shí),振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)的綜合性能較好；水翼翼型為NACA0018、俯仰—升沉相位差為90°、俯仰軸位置到水翼前緣的距離為c/3、升沉振幅為c、俯仰振幅為70～80°時(shí)、折算振蕩頻率為0.14時(shí),、振蕩水翼滿足綜合性能高的條件；此時(shí),當(dāng)雷諾數(shù)大于等于500000、俯仰振幅為75°時(shí),振蕩水翼的能量捕獲效率可達(dá)40%。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P743;TM612

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 戴慶忠;;潮流能發(fā)電及潮流能發(fā)電裝置[J];東方電機(jī);2010年02期

2 游亞戈;李偉;劉偉民;李曉英;吳峰;;海洋能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J];電力系統(tǒng)自動化;2010年14期

3 張亮;李志川;張學(xué)偉;侯衛(wèi)松;馬勇;;垂直軸潮流能水輪機(jī)研究與利用現(xiàn)狀[J];應(yīng)用能源技術(shù);2011年09期

4 張亮;李新仲;耿敬;張學(xué)偉;;潮流能研究現(xiàn)狀2013[J];新能源進(jìn)展;2013年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王樹杰;柔性葉片潮流能水輪機(jī)水動力學(xué)性能研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

2 劉宏偉;水平軸海流能發(fā)電機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2009年

，

本文編號：2709139