為提高潮流能裝置發(fā)電功率及可靠性,加快潮流能開發(fā)利用,本文提出了一種Π型豎軸雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)的設(shè)計(jì),并對Π型豎軸雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)的縱蕩運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了研究�；贑FD方法,通過將水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與振蕩運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方法模擬水輪機(jī)的縱蕩運(yùn)動(dòng),對豎軸雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)在不同振蕩頻率、振蕩幅值及葉尖速比下的縱蕩運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬計(jì)算,同時(shí)與均勻流無振蕩工況下的水輪機(jī)作對比,分別對振蕩運(yùn)動(dòng)下雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)受力、獲能效率及流場的變化特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:雙轉(zhuǎn)子并列布置可提高水輪機(jī)獲能效率、縱蕩幅值及頻率對平均獲能效率影響較小�？v蕩下雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)所受推力及側(cè)向力的波動(dòng)較大,且推力及側(cè)向力波動(dòng)幅值與振幅及振蕩頻率成正比。振蕩頻率影響泄渦頻率,振蕩幅值影響尾渦區(qū)長度。 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2019,40(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

Π型雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Fig．1StructureofΠtypedualrotor

文規(guī)定以下無因次量:λ=ωＲ/VA(1)CFX=FX/(0.5ρV2ADb)(2)CFY=FY/(0.5ρV2ADb)(3)CP=Qω/(0.5ρV3ADb)(4)2個(gè)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)中心的間距為12m(1.5D，D為轉(zhuǎn)子直徑)，并采用內(nèi)對轉(zhuǎn)方式以抵消側(cè)向力的影響，相比其他旋轉(zhuǎn)方式，內(nèi)對轉(zhuǎn)的形式也具有最高的獲能效率。模擬時(shí)為減少受力波動(dòng)，便于分析，將2個(gè)水輪機(jī)的初相位均設(shè)為0°。為提高網(wǎng)格質(zhì)量，計(jì)算域包括旋轉(zhuǎn)域和靜止域，并規(guī)定坐標(biāo)系X方向與來流一致，如圖2所示。圖2雙轉(zhuǎn)子無振蕩模擬Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation給定來流Ve=3m/s，設(shè)定2個(gè)水輪機(jī)的角速度分別為ω和－ω，計(jì)算時(shí)葉尖速比λ分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定義CP為雙轉(zhuǎn)子的能量利用率，計(jì)算方法為2個(gè)單轉(zhuǎn)子獲能效率的算術(shù)平均值。提取不同速比下的CP，并與單轉(zhuǎn)子進(jìn)行對比，如圖3所示�？梢钥闯觯�(dāng)兩輪心間距為12m(1.5D)，低速比時(shí)，雙轉(zhuǎn)子布置對效率提升效果不明顯，隨著速比逐漸趨近最優(yōu)速比，雙轉(zhuǎn)子獲能效率較單轉(zhuǎn)子有著明顯提升，當(dāng)λ=2.0時(shí)，此時(shí)的雙轉(zhuǎn)子比單轉(zhuǎn)子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的雙轉(zhuǎn)子布置能有效提高葉輪獲能效率。圖3單/雙轉(zhuǎn)子獲能效率對比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor當(dāng)λ=2.0時(shí)，考察水輪機(jī)在實(shí)現(xiàn)最大獲能效率時(shí)的受力情況，得到無因次化的推力、轉(zhuǎn)矩系數(shù)，如圖4所示。由圖可以看出，雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)受到的X、Y方向的合力均呈周期性變化。X方向推力合力的峰值波動(dòng)幅值很小，峰值包絡(luò)線?

動(dòng)，便于分析，將2個(gè)水輪機(jī)的初相位均設(shè)為0°。為提高網(wǎng)格質(zhì)量，計(jì)算域包括旋轉(zhuǎn)域和靜止域，并規(guī)定坐標(biāo)系X方向與來流一致，如圖2所示。圖2雙轉(zhuǎn)子無振蕩模擬Fig．2Simulationofdualrotorwithoutoscillation給定來流Ve=3m/s，設(shè)定2個(gè)水輪機(jī)的角速度分別為ω和－ω，計(jì)算時(shí)葉尖速比λ分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0。定義CP為雙轉(zhuǎn)子的能量利用率，計(jì)算方法為2個(gè)單轉(zhuǎn)子獲能效率的算術(shù)平均值。提取不同速比下的CP，并與單轉(zhuǎn)子進(jìn)行對比，如圖3所示�？梢钥闯�，當(dāng)兩輪心間距為12m(1.5D)，低速比時(shí)，雙轉(zhuǎn)子布置對效率提升效果不明顯，隨著速比逐漸趨近最優(yōu)速比，雙轉(zhuǎn)子獲能效率較單轉(zhuǎn)子有著明顯提升，當(dāng)λ=2.0時(shí)，此時(shí)的雙轉(zhuǎn)子比單轉(zhuǎn)子在平均能量利用率上提升了15.3%，因此合理的雙轉(zhuǎn)子布置能有效提高葉輪獲能效率。圖3單/雙轉(zhuǎn)子獲能效率對比Fig．3Comparisonofpoweroutputofsingleanddualrotor當(dāng)λ=2.0時(shí)，考察水輪機(jī)在實(shí)現(xiàn)最大獲能效率時(shí)的受力情況，得到無因次化的推力、轉(zhuǎn)矩系數(shù)，如圖4所示。由圖可以看出，雙轉(zhuǎn)子水輪機(jī)受到的X、Y方向的合力均呈周期性變化。X方向推力合力的峰值波動(dòng)幅值很小，峰值包絡(luò)線可近似為一條直線。Y方向側(cè)向力合力歷時(shí)曲線峰值波動(dòng)很大，但側(cè)向力均值CFrY=0.0068，雙轉(zhuǎn)子內(nèi)對轉(zhuǎn)布置可以起到抵消側(cè)向力的作用。經(jīng)過計(jì)算可·8831·

【參考文獻(xiàn)】：
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