本文關(guān)鍵詞：水平軸潮流能發(fā)電機(jī)透平研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海洋能作為一種可再生能源和新能源,它儲(chǔ)量巨大、開發(fā)價(jià)值巨大、對(duì)環(huán)境友好。其中,潮流能是最具規(guī)律性和最易開發(fā)的一種海洋能形式,開發(fā)價(jià)值巨大。開展海洋潮流能利用技術(shù)的研究工作對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排有著深遠(yuǎn)的意義。目前潮流能研究技術(shù)走在前列的是歐洲,因?yàn)橹袊?guó)的潮流能資源密跟歐洲相比低很多,所以他們的技術(shù)在中國(guó)并不適用。水利機(jī)械都面臨空化的問(wèn)題,同樣潮流發(fā)電機(jī)透平也面臨這個(gè)問(wèn)題。論文圍繞設(shè)計(jì)、分析適應(yīng)低流速葉片和適應(yīng)雙向流葉片,研究水平軸透平避免產(chǎn)生空化的措施等方面展開,進(jìn)行了深入的理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn):(1)研究透平設(shè)計(jì)理論。首次將Schmitz理論應(yīng)用于潮流能發(fā)電機(jī)透平的設(shè)計(jì)和性能分析。它有別于傳統(tǒng)的BEM和Glauert理論相結(jié)合的動(dòng)量葉素設(shè)計(jì)理論,可以更簡(jiǎn)捷的找到工況下的最佳設(shè)計(jì)點(diǎn)。(2)在理論上充分論證了葉片弦長(zhǎng)、安裝角、實(shí)度和透平的啟動(dòng)能力、效率之間的關(guān)系,為實(shí)驗(yàn)研究做理論分析。(3)設(shè)計(jì)多種模型試驗(yàn),驗(yàn)證理論分析的結(jié)果。一共設(shè)計(jì)7種葉片,15組透平進(jìn)行水槽模型實(shí)驗(yàn)。(4)以2.5k W水平軸潮流發(fā)電機(jī)的拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合CFD仿真結(jié)果,研究葉片壓力分布、透平后面流線情況、研究可能出現(xiàn)空化的部位和防止空化的措施。本文綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬的方法研究水平軸潮流能透平,得到的結(jié)論主要有:(1)葉片弦長(zhǎng)分布對(duì)透平的啟動(dòng)能力有很大影響。本文通過(guò)理論分析和模型試驗(yàn)的方式研究葉片性能和葉片弦長(zhǎng)的關(guān)系。研究表明扭曲葉片在保證透平實(shí)度不變的情況下,改變弦長(zhǎng)分布可以明顯改善渦輪的啟動(dòng)性能。直葉片弦長(zhǎng)分布改變對(duì)啟動(dòng)性能影響不大。(2)葉片安裝角分布對(duì)透平的啟動(dòng)力矩和效率起決定作用。對(duì)于直葉片保證安裝角不變,增大葉片實(shí)度可以增加啟動(dòng)力矩;保證實(shí)度不變,增加安裝角也會(huì)增大啟動(dòng)力矩。(3)為了適應(yīng)雙向流,本文設(shè)計(jì)一種新型無(wú)源自變距葉片,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,證明這是一種完全可行的設(shè)計(jì)方案。(4)利用Xfoil和Fluent軟件可以有效預(yù)測(cè)葉片空化的產(chǎn)生。增大透平實(shí)度,降低葉尖速比,選擇合適安裝角都可以防止空化產(chǎn)生。通過(guò)研究得到的結(jié)論可用于設(shè)計(jì)適應(yīng)中國(guó)低流速潮流能現(xiàn)狀、適應(yīng)潮流雙向流特點(diǎn)的葉片。提出的防止空化出現(xiàn)的措施可以用在葉片設(shè)計(jì)中。此外,本文還對(duì)試驗(yàn)中的邊界效應(yīng),用Fluent軟件進(jìn)行了修正。
【關(guān)鍵詞】：潮流能發(fā)電機(jī)透平 弦長(zhǎng) 安裝角 啟動(dòng)力矩 效率
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P743.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 課題研究背景10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 我國(guó)潮流能資源情況11
• 1.1.3 潮流能利用的基本概念11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展12-21
• 1.2.1 國(guó)外潮流能裝置研發(fā)現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)潮流能裝置研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3 國(guó)內(nèi)外潮流能透平仿真、實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展21-23
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 透平設(shè)計(jì)、分析的理論研究25-41
• 2.1 研究?jī)?nèi)容25
• 2.2 葉片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論25-28
• 2.2.1 貝茨理論25-26
• 2.2.2 葉素-動(dòng)量理論26-28
• 2.3 以SCHMITZ理論為基礎(chǔ)的葉素動(dòng)量理論的葉片設(shè)計(jì)28-35
• 2.3.1 數(shù)學(xué)模型及程序設(shè)計(jì)28-29
• 2.3.2 葉片設(shè)計(jì)29-33
• 2.3.3 分離和空化研究33-35
• 2.4 透平啟動(dòng)性能研究35-38
• 2.4.1 直葉片透平啟動(dòng)性能跟弦長(zhǎng)分布關(guān)系35
• 2.4.2 扭曲葉片透平啟動(dòng)性能跟弦長(zhǎng)分布關(guān)系35-37
• 2.4.3 葉輪啟動(dòng)性能跟安裝角分布關(guān)系37-38
• 2.5 葉輪效率跟弦長(zhǎng)分布關(guān)系38
• 2.6 葉輪實(shí)度跟葉輪性能關(guān)系38-40
• 2.7 本章總結(jié)40-41
• 第三章 物理模型的實(shí)驗(yàn)研究41-55
• 3.1 實(shí)驗(yàn)條件41-43
• 3.2 發(fā)電機(jī)43-45
• 3.2.1 發(fā)電機(jī)的密封及磁力耦合器結(jié)構(gòu)原理43
• 3.2.2 磁力耦合器的設(shè)計(jì)43-45
• 3.2.3 磁力耦合驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)45
• 3.3 葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工45-48
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-51
• 3.4.1 邊界效應(yīng)48-49
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果49-51
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析51-54
• 3.5.1 扭曲葉片實(shí)度跟葉片性能關(guān)系52
• 3.5.2 葉片弦長(zhǎng)分布跟透平啟動(dòng)能力關(guān)系52
• 3.5.3 葉片安裝角分布跟透平啟動(dòng)能力關(guān)系52-53
• 3.5.4 直葉片安裝角跟透平效率關(guān)系53
• 3.5.5 新型無(wú)源自變距葉片的性能對(duì)比53-54
• 3.6 本章總結(jié)54-55
• 第四章 以 2.5KW為例的數(shù)值模擬和水池拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究55-76
• 4.1 CFD求解的過(guò)程55-58
• 4.1.1 基本方程56-58
• 4.1.2 計(jì)算域離散化58
• 4.2 2.5KW透平的幾何模型的建立58-61
• 4.3 DM中流體域的創(chuàng)建61
• 4.4 網(wǎng)格劃分、湍流模型及邊界條件設(shè)定61-64
• 4.5 仿真結(jié)果分析64-70
• 4.5.1 壓力分布及空化預(yù)測(cè)64-69
• 4.5.2 防止空化產(chǎn)生的措施69
• 4.5.3 流場(chǎng)研究69-70
• 4.6 拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)70-74
• 4.6.1 阻塞修正71
• 4.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析71-74
• 4.7 仿真與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比74-75
• 4.8 本章總結(jié)75-76
• 第五章 總結(jié)及展望76-78
• 5.1 工作總結(jié)76
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)76-77
• 5.3 論文不足之處及未來(lái)工作展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-89
• 致謝89-90
• 在學(xué)期間公開發(fā)表論文及專利情況90-91
• 作者簡(jiǎn)介91

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本文編號(hào)：271984