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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、串列布置双转子的水动力性能;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。
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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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