隨著化石燃料的逐漸枯竭與環(huán)境的日益惡化,海洋可再生能源逐漸引起了世界各國(guó)的關(guān)注。潮流能作為海洋能中的一種,成為了海洋工程與能源領(lǐng)域中新的熱點(diǎn)。水輪機(jī)是一種主要的潮流能轉(zhuǎn)換裝置,隨著技術(shù)的發(fā)展以及效益的需求,水輪機(jī)逐步走向大型化,這就必然會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)變形及破壞等一系列研究問(wèn)題。本文基于粘性流體力學(xué)理論及結(jié)構(gòu)有限元理論,針對(duì)懸臂式潮流能垂直軸水輪機(jī)葉片,采用單、雙向流-固耦合的方法,研究其水動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)性能;并基于復(fù)合材料力學(xué)相關(guān)理論,對(duì)葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部蒙皮進(jìn)行了復(fù)合材料鋪層方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)本文的研究,為懸臂式垂直軸葉輪各項(xiàng)性能的預(yù)測(cè)及葉片設(shè)計(jì)提供了一定的參考。本文主要開展了以下幾方面的研究�；贑FD數(shù)值模擬方法,對(duì)懸臂式垂直軸水輪機(jī)葉輪進(jìn)行了系統(tǒng)的水動(dòng)力性能計(jì)算分析,得出了其水動(dòng)力性能隨速比的一系列變化規(guī)律。利用有限元理論對(duì)均質(zhì)葉片進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)、模態(tài)以及疲勞分析,得出了懸臂式葉片在空氣中以及水中的一些結(jié)構(gòu)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。在CFD數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,基于結(jié)構(gòu)有限元理論,采用單、雙向流-固耦合的方法,分析潮流能水輪機(jī)的水動(dòng)力性能及結(jié)構(gòu)性能和其耦合規(guī)律,通過(guò)對(duì)比分析... 

【文章頁(yè)數(shù)】：126 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 潮流能研究現(xiàn)狀
        1.2.1 潮流能國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 潮流能國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 水輪機(jī)流-固耦合研究現(xiàn)狀
        1.3.1 流-固耦合研究的意義
        1.3.2 水輪機(jī)流固耦合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的研究工作
第2章 垂直軸水輪機(jī)水動(dòng)力性能研究
    2.1 垂直軸水輪機(jī)概述
    2.2 垂直軸水輪機(jī)工作原理
    2.3 葉片運(yùn)動(dòng)及受力分析
        2.3.1 運(yùn)動(dòng)分析
        2.3.2 受力分析
        2.3.3 無(wú)因次分析
    2.4 水輪機(jī)水動(dòng)力研究方法
        2.4.1 流管法
        2.4.2 渦方法
        2.4.3 基于求解N-S方程的CFD方法
    2.5 垂直軸葉輪水動(dòng)力性能數(shù)值模擬研究
        2.5.1 建模及網(wǎng)格劃分
        2.5.2 CFX設(shè)置及計(jì)算
        2.5.3 計(jì)算結(jié)果分析
        2.5.4 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比
    2.6 本章小結(jié)
第3章 垂直軸水輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究
    3.1 葉片靜強(qiáng)度分析
    3.2 葉片瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
    3.3 葉片模態(tài)分析
    3.4 葉片疲勞分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 懸臂式葉片流-固耦合研究
    4.1 流-固耦合基本理論
        4.1.1 流體控制方程
        4.1.2 結(jié)構(gòu)控制方程
        4.1.3 流-固耦合方程
        4.1.4 流-固耦合交界面數(shù)據(jù)的傳遞
        4.1.5 求解方法
    4.2 方法可行性分析
    4.3 流-固耦合分析前處理
        4.3.1 模型建立及網(wǎng)格劃分
        4.3.2 材料屬性
        4.3.3 邊界條件及求解設(shè)置
        4.3.4 變形和應(yīng)力準(zhǔn)則
    4.4 均質(zhì)葉片流-固耦合分析
        4.4.1 單向流-固耦合分析
        4.4.2 雙向流-固耦合分析
        4.4.3 單、雙向流-固耦合結(jié)果對(duì)比
    4.5 本章小結(jié)
第5章 葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.1.1 設(shè)計(jì)方案一
        5.1.2 設(shè)計(jì)方案二
        5.1.3 設(shè)計(jì)方案三
    5.2 全金屬材質(zhì)葉片
        5.2.1 葉片雙向耦合結(jié)構(gòu)響應(yīng)
        5.2.2 葉片雙向耦合水動(dòng)力性能響應(yīng)
    5.3 復(fù)合材料鋪層葉片
        5.3.1 葉片鋪層設(shè)計(jì)流程
        5.3.2 復(fù)合材料鋪層一般原則
        5.3.3 鋪層材料選擇
        5.3.4 鋪層方式
        5.3.5 模態(tài)分析
        5.3.6 流-固耦合分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝
附錄 A
附錄 B
附錄 C


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3701630