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水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

作 者: 辛小鹏
导 师: 邵雪明
学 校: 浙江大学
专 业: 流体机械及工程
关键词: 水平轴海流机 水动力性能 大涡模拟 滑移网格法 双转子 波浪海底边界层 空化
分类号: P743.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核;然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单转子、串列布置双转子水动力性能;研究了海底边界层速度分布、波浪对海流机水动力性能的影响;最后分析了海流机的空化性能。对计算结果分析发现:线涡流函数面元法可以有效预测海流机翼剖面的水动力特性,结合叶素动量法可以对海流机性能进行初步的校核;对单转子海流机性能的预测发现,LES模型和SA模型都能够较好地预测海流机在设计工况下的水动力性能;对于本文中所研究的串列布置的双转子海流机,间距对水动力特性的影响较大,而初始相位角对水动力特性的影响较小,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,其间距需达到30倍的叶轮直径以上;海底边界层会引起海流机水动力特性周期性的变化,其频率特性与转动频率一致;波浪也会引起海流机周水动力特性期性的变化,其频率主要受波浪频率的影响,同时也受到转动频率的影响;数值预测的海流机的初生空化数为0.84与实验初生空化数接近,而且空泡的形态也与实验结果一致。本文所发现的有关海流机水动力特性的规律,为海流机的优化设计和安全运行提供了新思路;采用三维粘性流场数值计算方法来预测海流机的性能,为海流机发电的进一步研究提供了参考。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究现状  10-12
    1.2.1 国外研究进展  11-12
    1.2.2 国内研究进展  12
  1.3 研究意义  12-13
  1.4 本文研究内容与创新点  13-15
第二章 数值计算方法  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 三维粘性流场数值计算方法  15-16
  2.3 数值计算基本理论模型  16-20
    2.3.1 滑移网格模型  16-17
    2.3.2 LES大涡模拟与SA湍流模型  17-18
    2.3.3 自由表面模型  18-19
    2.3.4 波浪模型  19
    2.3.5 空化模型  19-20
  2.4 小结  20-21
第三章 海流机物理模型及翼剖面水动力特性的预测  21-35
  3.1 引言  21
  3.2 海流机物理模型  21-24
  3.3 海流机相关理论基础  24-26
    3.3.1 海流机性能关键参数的定义  24
    3.3.2 海流机的流管能量捕获模型  24-26
  3.4 海流机翼剖面的水动力特性  26-33
    3.4.1 翼剖面水动力特性计算的XFOIL程序  26
    3.4.2 NACA63-815翼剖面水动力特性数值模拟与实验验证  26-30
    3.4.3 海流机典型翼剖面的水动力特性  30-32
    3.4.4 采用叶素动量法对海流机水动力特性的初步校核  32-33
  3.5 小结  33-35
第四章 水平轴海流机水动力特性的数值预测  35-51
  4.1 引言  35
  4.2 海流机网格的划分  35-37
  4.3 单转子海流机水动力特性的分析  37-43
    4.3.1 设计工况下不同计算模型预测结果与实验的比较  37-38
    4.3.2 SA湍流模型预测海流机非设计工况下的水动力特性  38-39
    4.3.3 LES大涡模拟预测海流机非设计工况下的水动力特性  39-40
    4.3.4 单转子海流机流场速度分布  40-43
  4.4 双转子海流机水动力特性的分析  43-49
    4.4.1 间距的影响  43-47
    4.4.2 初始相位角的影响  47-49
  4.5 小结  49-51
第五章 复杂工况下海流机水动力特性的研究  51-63
  5.1 引言  51
  5.2 海底边界层的影响  51-55
  5.3 波浪的影响  55-58
  5.4 空化性能分析  58-61
  5.5 小结  61-63
第六章 结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-71
作者简历  71

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋资源与开发 > 海洋动力资源开发 > 海流能
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