竖轴潮流能水轮机水动力性能水池试验分析
带导叶的直叶片竖轴潮流水轮机的水动力性能研究
图 １ ２ 所 示为 单个 叶 片的 运 动和 受力 示 意 图 ， （） 设来 流速度 为 Ｕ， 略 叶 片沿 轴 方 向的 诱 导速 度 忽
潮流能水轮机转子系统动力学特性研究
潮流能水轮机转子系统动力学特性研究赵广;苏钧聪;宿晓辉;郭嘉楠【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2016(037)009【摘要】水动力性能和安全可靠性是评价潮流能水轮机的两个基本指标，在水轮机设计阶段需要对其结构振动与可靠性开展研究与评价。
本文采用有限元法推导竖轴等臂长和变臂长水轮机转子系统的横向振动模型，基于动量定理的流管法建立了不同变臂长方案的流体激励模型，采用Newmark数值仿真计算了水轮机转子系统的动力学响应。
最后搭建潮流能水轮机结构振动实验台，测试水轮机的振动特性。
研究结果表明：和等臂长相比，变臂长水轮机流体激励波动幅值增加，且变结构回转体对质量矩阵的影响不容忽略。
竖轴水轮机的动力学响应存在复杂的倍频振动，实验结果从定性角度验证了数值模拟结果。
本文的研究为竖轴水轮机的设计、运行和振动预测提供了基本的动力学参考，然而仍迫切需要加强潮流水轮机结构振动、可靠性的研究工作。
【总页数】7页(P1172-1178)【作者】赵广;苏钧聪;宿晓辉;郭嘉楠【作者单位】大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TK730【相关文献】1.同轴双转子H-Darrieus型潮流能水轮机起动扭矩研究 [J], 陈兵;王聪;郭伟;谢宇2.多工况条件下变叶片数潮流能水轮机能量及流动特性研究 [J], Zhang Yuquan;Zhang Jisheng;Jiang Jieqing;Zheng Yuan;Liu Huiwen;Zang Wei;He Zhongwei3.潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响研究 [J], 尹锐4.潮流能水轮机复合材料叶片的损伤特性研究 [J], 余国庆;李秀海;陈文光;李军向;刘清5.水平轴潮流能水轮机尾流特性研究 [J], 朱善强;李广年;李振琦;郭海鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状
关键 词 ： 潮流 能 ； 直轴水 轮机 ； 用现状 ； 究 方法 垂 利 研 中图分类 号 ： Ｋ ３ 文 献标 志码 ： 文章 编 号 ：０ ９— ２ ０（０ １ ０ ０ ０ — ７ Ｔ ７０ Ａ １０ ３ ３ ２ １ ） ９— ０ １ ０
０ 引言
在 能源 紧缺 和环 境 恶 化 双 重 压力 下 ， 国政 各
府 对包 括潮 流能在 内的海洋 能源利 用 的科技 问题
流水 轮机 得到人 们越 来越 多 的关注 。
文 中首先介 绍 了垂 直轴 式 潮流水 轮机 的优 缺 点 ， 后 总结 了垂直 轴水轮 机 国 内外 利用 现状 ， 然 对 垂 直轴 水 轮 机 研 究 方 法 进 展 情 况 做 了综 述 和评 价 ， 指 出 目前垂 直 轴 水 轮机 开发 利 用所 需要 最后 解 决 和突破 的技术 难 点和 问题 。
（ｎ ｔｕｅｏ ｅ ｎＲｅ ｅ ｂｅＥ ｅｇ ｙｔｍ， ｒｉ ｎ ｉｅｒ ｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｉ ｓ ｔｔ ｆＯｃａ ｎ ｗａ ｌ ｎ ｒｙＳ ｓ ｉ ｅ Ｈａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｎｖ ｒｉ ， ｉ ｔ Ｈａｂｎ１ ０ ０ ， ｈｎ ） ｒ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ
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《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》
《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，海洋能源的开发与利用逐渐成为研究的热点。
其中，潮流能作为一种清洁、可再生的能源，其开发潜力巨大。
多转子垂直轴潮流能水轮机作为潮流能发电的核心设备，其水动力特性的研究对于提高能量转换效率和设备稳定性具有重要意义。
本文旨在研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，为实际工程应用提供理论依据。
二、多转子垂直轴潮流能水轮机概述多转子垂直轴潮流能水轮机是一种利用潮流能进行发电的设备。
其结构特点为多个转子沿垂直轴线布置，通过水流作用力驱动转子转动，进而实现能量转换。
与传统的水平轴潮流能水轮机相比，多转子垂直轴水轮机具有更好的适应性、稳定性和能量捕获能力。
三、水动力特性研究方法为了研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，本文采用数值模拟和实验测试相结合的方法。
1. 数值模拟：利用计算流体动力学（CFD）软件，建立多转子垂直轴水轮机的三维模型，模拟实际工作环境中的水流条件，分析水流对转子的作用力及转子的运动特性。
2. 实验测试：在实验水池中搭建多转子垂直轴水轮机实验平台，通过改变水流速度、方向和转子布局等参数，实测转子的受力情况、转动速度及能量转换效率。
四、水动力特性分析1. 水流作用力分析：通过数值模拟和实验测试，发现多转子垂直轴水轮机在潮流作用下，各转子受到的水流作用力分布不均。
其中，靠近来流方向的转子受到的力较大，随着距离的增加，作用力逐渐减小。
此外，水流速度、方向及转子布局等因素也会影响水流作用力的分布。
2. 转子运动特性：多转子垂直轴水轮机的转子在水流作用下产生转动，其转动速度与水流速度、转子直径及布局等因素有关。
在数值模拟和实验测试中，我们发现各转子的转动速度在不同工况下存在差异，但总体上保持稳定。
3. 能量转换效率：多转子垂直轴水轮机的能量转换效率受水流速度、转子布局和设备结构等因素的影响。
通过实验测试，我们发现适当调整水流速度和转子布局可以提高设备的能量转换效率。
竖轴固定偏角直叶片潮流水轮机自启动性能研究
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图２ 水轮机流场加装叶栅附体示意图
表 ２ 潮流水 轮机 的参数 参数名称 水轮机 直径 叶片弦长 叶片数 取值
０ ４ ｍ ．４
Ｏ １ ｍ ．ｌ
３
翼 型
叶片攻 角
ＮＡＣＡＯ ｌ Ｏ ８
Ｏ。
３ 数 值算例
在本算例 中， 水轮机的初始位置选择为其中一只叶片位于ｘ 轴负方向上 ， 定义其为水轮机的初始位置角 （。 。潮流水轮机按逆时针方向旋转， Ｏ） 因为有３ 只叶片， 以只需计算位置角Ｏ１０范围内的启动力矩即可 ， 所 ．１。 设 定每间隔 ｌ。 ０记录一次数据。 从图３ 中可以看出潮流水轮机的启动力矩在位置角３ｏ４ ｏ ０、０时非常小， 在流速为０６ ／、． ／ １ ｍ ｓ ． ｓ１ ｍ ｓ ． ／时 ｍ ０ 、４ 甚至为负， 即说明在这些情况下潮流水轮机不能实现 自启动。另外， 潮流水轮机叶片在位 置角７ ￣１ ￣ ０．０ 区间 ０
南通航运职业技术 学院学报
内所 受 到的合 力 矩相 对 其他 位 置偏 小 。根 据水 动 力学 相 关知 识 可知 ， 当水 流经 过潮 流水 轮 机 时与 叶 片之 间
Ｍ ａ ．０１ ｒ２ １
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竖轴 固定偏角直叶片潮流水轮机 自启动性能研究
孟
（． 职业技 术学院 船舶工程 系， １紫琅 江苏 南通
巧 ’魏 。
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Ｏ 引言
在 当前 石化 能源供 应 日趋 严 峻 的形 势下 ， 国要采 取 的措 施 是发 展 可再 生 能源 ， 能源 来源 多样 化 ， 各 使 缓
竖直轴潮流能水轮机的能量捕获特性研究
专业学位论文（工程硕士）竖直轴潮流能水轮机的能量捕获特性研究刘东工程领域：水利工程指导教师：冯建军教授戴辰辰高工申请日期：2017年4月摘要Abstract西安理工大学工程硕士专业学位论文impeller, the mean and standard deviation of C p is smaller with the blade helix angle increases, it’s means that the stability of the output is improved with few cast of energy output.2)This paper presents a method for optimizing the design of the inner wall of the duct. Thegeometric design parameters of the inner wall of the duct was used as the optimal design variablein this method. The Darrieus turbine energy output quality parameter was taken as the objectivefunction, and the multi-Particle swarm optimization was used as an optimized search strategy tooptimize the inner wall profile of the duct. The numerical results show that the stability of theturbine energy output was improved effectively because of the optimization of the inner wallprofile of the duct, and its better energy accumulation effect also promoted the output energy ofthe turbine.In this paper, the new "triangular" blade turbine energy output has different degrees ofincreasing or decreasing, and its stability of the operation is better than ordinary turbine. This isone of the structural form with potential development. The final optimization results of the ductshow that the proposed method is effective. And this method can provide a reliable theoreticalguidance for the design of the duct of other types of power generation devices.Key words: tidal energy vertical axis tidal turbine；numerical simulation；blade modification；duct；optimization；目录目录目录 (V)1绪论 (1)1.1课题研究背景与意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外研究进展 (2)1.2.2国内研究进展 (3)1.3国内外导流罩研究进展 (4)1.3.1国外研究进展 (4)1.3.2国内研究进展 (4)1.4本文主要研究内容 (5)2数值计算模型及技术方法介绍 (7)2.1流体动力学控制方程 (7)2.2湍流模型 (7)2.2.1标准kε-模型： (8)-模型： (8)2.2.2 SST kω2.2.3 SAS SST模型 (9)2.3竖直轴水轮机性能计算的理论模型 (9)2.3.1贝茨理论 (9)2.3.2双盘面多流管模型 (12)3竖直轴潮流能水轮机的结构及参数分析 (15)3.1水轮机工作原理 (15)3.2水轮机叶片的受力分析 (15)3.2.1 叶片受力 (15)3.2.2水轮机结构参数设计 (17)3.3叶片的攻角变化分析 (19)3.4本章小结 (20)4竖直轴潮流能水轮机数值模拟研究 (21)4.1水轮机几何模型的建立及网格划分 (21)4.2计算域及边界条件 (22)4.3数值计算合理性验证 (23)4.4数值模拟结果与实验结果对比 (27)4.5本章小节 (29)5竖直轴潮流能水轮机叶轮改型及数值模拟研究 (31)5.1叶轮部分改型模型 (31)5.1.1模型建立 (31)5.1.2网格及边界条件设置 (32)5.2螺旋叶轮与直叶轮的数值模拟结果对比分析 (33)5.2.1能量捕获系数分析 (33)西安理工大学工程硕士专业学位论文5.2.3叶轮涡量分析 (38)5.2.4叶轮速度分析 (39)5.2.5流线分析 (42)5.3本章小结 (43)6导流罩的设计及优化 (45)6.1竖直轴潮流能导流罩设计 (45)6.1.1 导流罩的工作原理 (45)6.1.2导流罩的结构设计 (45)6.1.3导流罩线型取样 (47)6.2CFD计算模型 (49)6.2.1模型及网格划分 (49)6.2.2边界条件 (50)6.3线型模拟分析及优化 (50)6.3.1线型模拟结果分析 (50)6.3.2优化方法及结果分析 (52)6.4本章小结 (55)7总结与展望 (57)7.1总结 (57)7.2展望 (58)致谢 (59)参考文献 (61)附录 (65)第一章绪论1 绪论1.1课题研究背景与意义众所周知，能源是社会经济发展的重要物质基础，它不仅严重影响着现代工业的发展还与我们的日常生活息息相关。
竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究的开题报告
竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究的开题报告一、选题背景和意义潮汐能是一种可再生的能源，由于其利用效果好、污染小、稳定性高等特点，备受关注。
潮汐能利用方式较多，其中一种是采用竖轴潮流水轮机进行直接利用，由于其结构简单、上下游影响小等优点，在一些特定的潮汐资源较丰富的地区使用颇为广泛。
因此，对竖轴潮流水轮机水动力性能进行实验与数值研究具有一定的理论和实践意义。
通过实验研究可以了解水轮机的稳定性、启动性能、效率和功率输出等水动力性能参数，同时也可以对水轮机的设计和优化提供依据。
二、研究内容本文拟进行竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究。
具体内容包括：1. 竖轴潮流水轮机的设计和制造。
选定水轮机的工作条件和参数，并进行设计、制造和安装。
2. 水力实验。
通过试验台对水轮机进行各种水动力性能参数的测试，并记录试验数据。
3. 数值模拟。
采用CFD软件对竖轴潮流水轮机的水动力性能进行数值模拟，得出相应的水力特性曲线。
4. 实验与模拟结果的比较和分析。
对试验数据和数值模拟结果进行比较和分析，探讨竖轴潮流水轮机水动力性能的特点和优化方向。
三、研究方法本文采用实验与数值模拟相结合的方法，通过试验与数值模拟的相互印证，得出竖轴潮流水轮机的水动力性能参数。
具体方法包括：1. 设计和制造竖轴潮流水轮机，并进行安装和调试。
2. 在试验台上对水轮机进行水力性能参数的测试，包括水头-功率特性曲线、水量-功率特性曲线、效率-流量特性曲线等。
3. 基于CFD软件对竖轴潮流水轮机的水动力性能进行数值模拟，得到相应的水力特性曲线。
4. 对试验数据和数值模拟结果进行比较和分析，深入探讨竖轴潮流水轮机的水动力性能特点和存在的问题，提出相应的优化方案。
四、研究预期成果通过本文的研究，预计可以得到以下成果：1. 竖轴潮流水轮机的设计与制造，具备一定的理论和实践参考价值。
2. 对竖轴潮流水轮机水力性能参数进行测试和分析，得到相应的水力特性曲线，为该水轮机的优化和改进提供依据。
浪-流联合作用对垂直轴水轮机水力性能的影响
浪-流联合作用对垂直轴水轮机水力性能的影响在实际海洋环境中,海洋动力过程复杂多样。
潮流运动往往和波浪相互作用,发生浪流联合作用的环境载荷,这种耦合流动会对海工建筑物、航道等产生巨大的破坏。
本文以垂直轴三叶片潮流能水轮机为研究对象,通过数值模拟方法建立了二阶stokes波浪水槽,在波浪与均匀流的联合作用下,研究水轮机运行过程中的水动力性能变化;与此同时针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点提出相应的改善方法,主要研究内容及相关结论如下:1)确立以二阶斯托克斯波浪方程为基础,根据行波解析解探究了数值波浪边界条件的合理给定方式,采用边界造波法、阻尼消波技术及VOF自由表面处理方法,基于CFX软件构建了二维和三维的数值波浪水槽,成功实现了二阶Stokes波浪的数值模拟。
数值波浪具有良好的品质,在爬升和下降的传播过程中具有良好的稳定性和周期性,与理论波形较好的吻合。
在波浪参数误差中,因波浪粘性作用导致能量耗散造成波高误差值最大。
2)基于波浪的数值模拟方法,在三维水槽中添加垂直轴潮流能水轮机,进行二阶Stokes波浪与均匀流联合环境对水轮机的模拟分析,对比了均匀流和浪-流联合条件中水轮机性能和内部流场。
结果表明,浪流耦合流动造成了输出能量的极大波动,加剧了机组的不稳定性。
内部实际流场是随着浪流耦合流动而不断变化的非稳态流场,受浪流叠加作用变得更加复杂紊乱,在叶片尾部和转轴后方形成较长的涡带。
3)针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点,引入了一种螺旋“三角型”叶片来替代传统直叶片H型叶轮,研究了均匀流环境下螺旋“三角型”叶轮的水力性能。
经过综合对比,15°螺旋包角的叶轮性能最佳,提升了能量捕获系数的同时改善了能量输出稳定性。
此外,通过叶轮改型前后的内流场对比发现,螺旋叶轮不仅有效地减小了叶片尾涡的尺寸和范围,也减小了叶片上水压力脉动的幅值,有利于机组运行稳定性的提高。
潮流能电站载体水动力响应分析
潮流能电站载体水动力响应分析
王宁;荆丰梅;张亮;吴海涛;李梦阳
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2012(039)001
【摘要】随着海洋能开发向深水的发展,潮流能的开发也有向更深海域发展的趋势.稳定可靠的水轮机载体,对水轮机正常工作及发挥其最大工作效率有着很大的影响.针对深水中水轮机浮式载体的水动力响应性能,基于三维势流理论,利用SESAM软件计算分析了2种不同载体的水动力性能,在对浮体运动性能影响较大的横摇、纵摇水动力响应方面,双体船的最大横摇角及最大纵摇角明显小于单体驳船.经对比分析得出,双体船形式载体在水动力性能方面更具优势.
【总页数】5页(P79-83)
【作者】王宁;荆丰梅;张亮;吴海涛;李梦阳
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TV744
【相关文献】
1.漂浮式潮流电站载体水动力性能分析 [J], 陈浩;张亮
2.基于势流理论的浮式潮流能电站载体耐波性分析 [J], 蒋银;张亮
3.系泊状态下漂浮式潮流能电站水动力性能试验研究 [J], 李国强;谢永和;鲁昕
4.水深对潮流能电站载体水动力系数的影响 [J], 陈鸶鹭;谢永和;许颂捷
5.新式潮流电站载体概念设计及水动力性能分析 [J], 关超;张亮;马勇
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试_赵广
2013 年 7 月
ACTA ENEＲGIAE SOLAＲIS SINICA
0096 （ 2013 ） 07 1271 09 文章编号： 0254 -
竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试
赵 广 ， 郭嘉楠 ， 刘 艳 ， 宿晓辉 ， 孙 涛 ， 杨冉升
（ 大连理工大学 海洋能源利用与节能教育部重点实验室，大连 116024 ）
发动机测控仪实物图
Engine measurement and control instrument 图7 Fig． 7 实验台工作原理 Test rig work principle
［2 ～ 4 ］
。
潮流水轮机能量捕获效率是评价其性能的核心 技术指标， 而水力性能的经验公式与数值模拟大都 建立在各种简化和假设的基础上， 其计算结果需要 大量的实验数据检验。 因此， 建立潮流水轮机综合 性实验台对于验证数值模拟结果、 指导水轮机海试 实践均具有重要意义。但是， 实验台的通用性、 功能 多样性、 高精度、 高成本和大量人力投入等诸多因素 制约了实验研究的发展
竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试当水轮机所产生的扭矩无法克服齿轮箱电动机等自身功耗不能自启动或达不到工作转速要求时控制系统通过变频器使电动机运转带动水轮机在预定转速下工作水轮机在潮流中产生的动态扭矩通过扭矩转速传感器测量
第 34 卷
第7 期
太
阳
能
学
报
Vol. 34 ，No． 7
July， 2013
图4 Fig． 4 竖轴潮流能水轮机实验台船池拖车安装 Test rig of vertical axis marine current turbine installed on boat pool trailer
浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究
58卷第2期（总第222期) 2017年6月中国造船SHIPBUILDING OF CHINAVol.58 No.2(Serial No. 222)Jun.2017文章编号：1000-4882 (2017) 02-0189-10浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究马伟佳\荆丰梅、王树齐2,刘京1(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001;2.江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江212003)摘 要浪流共存环境中的潮流能水轮机性能研究旨在为准确地估计潮流能发电装置的生存性及获能效率等重 要指标提供依据。
论文基于模型试验的方法，采用发电功率为l k W的水平轴水轮机模型，在不同叶尖浸没水 深条件下，研究规则波以及极限波作用下的水轮机特性，揭示其功率与载荷的变化规律。
研究结果可为潮流 电站设计提供依据以及为数值方法的有效性验证提供数据。
关键词：浪流共存；潮流能；水平轴水轮机；模型试验中图分类号：T K7文献标识码：A〇引言近年来，海洋可再生能源开发利用受到了髙度重视。
包括潮流能在内的海洋能开发利用，不仅有 利于发展海洋经济、降低排放并改善海洋环境，而且对管控和建设远离大陆的海岛（500 m2以上的6500 多个海岛）有重大的战略意义。
我国东海、南海岛屿分布广、离岸远，若从大陆长距离海上输送电能则 不现实；若把煤炭或油气远距离运送到海岛上再发电，对于东海、南海的岛屿则耗费巨大；而利用潮 流能来满足海岛建设的能源需求则是最好的选择之一。
潮流的流速和流向是周期性变化的，受岸线、海底山脉和自由面的影响，潮流中伴随大尺度的旋 涡和小尺度的湍流，流速和流向均不稳定。
波浪是水体重力与惯性力的动态平衡，利用波浪可以发电,但是波浪对潮流能装置的能量捕获是有影响的。
英国的E P S R C[1]报告指出：浪流共存环境中的海洋能 装置的水动力性能已被认为是一个很重要问题；如果对此没有很好的认知，就不能较准确地估计装置 的生存性、获能效率等重要指标。
竖轴固定直叶片潮流水轮机自启动性能研究
行 对 比后 ， 出加 装 叶栅 附体 可 以 提 高 水 轮 机 自启 动 性 能 。初 步 总结 了在 设 置 不 同角 度 、 距 后 ， 同类 型 的 叶 栅 得 栅 不
对水 轮 机 自启 动 性 能 的影 响 。 关键 词 ： 自启 动 性 ； 流 水 轮 机 ； 栅 附 体 ； 值 模 拟 潮 叶 数 中 图分 类 号 ： ３ ２ ０ ５ 文 献 标 识 码 ： Ｂ ｄｉ１． ９ ９ｊｉ ｎ １ ７ ４ ７ ２ ¨ ． ３ ０ ７ ｏ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ６４３ ０ ．０ ０ ． ０ ｓ
轴 固定 叶 片水 轮 机 自启 动 性 能 是 目前 研 究 的重 点 。 本 文 根 据 叶 片 在 流 场 中的 水 动 力 特 点 ， 用 数 值 模 拟 的 方 法 在 利
Ｃ Ｄ 中 计 算 了不 同流 速 下 ， 片在 不 同位 置 时 的 自启 动 性 能 ， 时 计 算 出 加 装 叶 栅 附 体 的 水 轮 机 的 自启 动 性 。进 Ｆ 叶 同
摘 要 ： 轴 固定 偏 角直 叶 片 潮 流 水 轮 机 具 有 结 构 简 单 、 统 稳 定 可 靠 、 价 低 的 特 点 ， 有 广 阔 的应 用 前 景 。但 竖 系 造 具
是 由 于该 机 构 在 水 流 场 中的 自启 动 能 力较 差 ， 流 速 下 很 难 启 动 ， 在 实 际 工 程 应 用 中 有 着 明 显 的 劣 势 。 提 高 竖 低 故
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｌ－ ｔ ｒ ｉ ｇ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆ ｕ ｙ ｏ ｈ ｅ ｆ ｓ ａ ｔｎ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｔ ｅ Ｆｉ ｅ ｔ ａ ｇ － ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｉ ｄ ｌＴｕ ｂ ｎｅ ｈ ｘ ｄ Ｓ ｒ ｉ ｈｔｂｌ ｄ ｄ Ｖｅ ｔｃ ｌＡｘ ｓ Ｔｉ ａ ｒ ｉ
《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》
《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》一、引言随着对可再生能源需求的日益增长，海洋能源的开发和利用变得越来越重要。
潮流能作为海洋能源的一种重要形式，具有巨大的开发潜力。
多转子垂直轴潮流能水轮机是潮流能发电的核心设备，其水动力特性的研究对于提高发电效率、优化设备设计具有重要意义。
本文旨在研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，为实际工程应用提供理论依据。
二、多转子垂直轴潮流能水轮机概述多转子垂直轴潮流能水轮机是一种利用潮流能发电的设备，其特点在于具有多个转子，且转子轴线垂直于水流方向。
这种设计使得水轮机能够更好地适应复杂多变的海流环境，提高能量捕获效率。
多转子水轮机通过多个转子的协同作用，实现更高的发电能力，具有广阔的应用前景。
三、水动力特性研究方法为了研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，本文采用数值模拟和实验测试相结合的方法。
数值模拟方面，利用计算流体动力学（CFD）软件对水轮机进行建模和仿真分析，得到水轮机在不同流速、不同转子间距、不同转子角度等条件下的水动力性能。
实验测试方面，在实验水池中搭建实际多转子垂直轴潮流能水轮机模型，通过测量其发电功率、转矩、转速等参数，验证数值模拟结果的准确性。
四、水动力特性分析1. 流速对水动力特性的影响：随着流速的增加，多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力性能逐渐提高。
在低流速区域，由于水流能量较低，水轮机的能量捕获效率较低；而在高流速区域，水流能量较高，水轮机的能量捕获效率显著提高。
2. 转子间距对水动力特性的影响：适当增大转子间距可以提高多转子水轮机的水动力性能。
过小的转子间距会导致转子之间的水流干扰增大，降低能量捕获效率；而过大的转子间距则会使得水流在转子之间的空间中损失部分能量。
因此，存在一个最优的转子间距使得水轮机的水动力性能达到最佳。
3. 转子角度对水动力特性的影响：转子角度对多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力性能具有重要影响。
在一定的流速范围内，适当调整转子角度可以提高水轮机的能量捕获效率。
配有导流涵道的垂直轴潮流能水轮机的水动力性能研究
配有导流涵道的垂直轴潮流能水轮机的水动力性能研究张欢;程帅兵;陈兵【摘要】垂直轴潮流能水轮机具有结构简单、适应任意流向等优点,但其能量转换效率低于水平轴水轮机,在运行时有较大的转矩脉动,不利于水轮机的平稳运行,易引起结构疲劳.本文针对垂直轴潮流能水轮机的运行特点,提出了一种导流涵道装置,利用数值模拟方法对比分析水轮机在有无导流涵道装置情况下的水动力性能.结果表明,导流涵道可以起到整流的作用,使流体在水轮机盘面内的流动更加平顺.另外,导流涵道装置不仅可以提高水轮机的能量利用率,还能有效改善作用在水轮机叶片上的水力驱动力矩脉动和转速脉动,改善了水轮机运行状态,提高了结构可靠性.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】6页(P97-102)【关键词】垂直轴水轮机;导流涵道;数值模拟;能量利用率【作者】张欢;程帅兵;陈兵【作者单位】大连理工大学海洋科学与技术学院,辽宁盘锦124221;大连理工大学海洋科学与技术学院,辽宁盘锦124221;大连理工大学海洋科学与技术学院,辽宁盘锦124221【正文语种】中文【中图分类】P743;TK73资源与能源是人类生存和发展所必须面对的问题之一。
随着化石能源的过度消耗，环境问题的日益恶化，人们不得不将目光转向那些可再生能源，如风能、太阳能、海洋能等。
潮流能不仅是一种清洁能源，而且与其他海洋能相比，具有可预测性高、能量密度大的特点，因此逐渐受到世界各国研究人员的重视。
目前，许多沿海国家，如英国、加拿大、美国、韩国等正在大力开发潮流能资源。
我国同样也投入大量的人力和财力对这一领域进行研究。
然而，由于经济因素及技术因素的制约，潮流能发电目前还未能到商业化阶段。
潮流能水轮机可分为水平轴式和垂直轴式；水平轴潮流能水轮机被认为是能量利用率最高的潮流能发电装置，据报告其能量利用率可以达到48%［1］。
但是，水平轴水轮机必须时刻使叶轮面向来流方向；另外，水平轴水轮机的叶片表面形状是复杂的扭转曲面，加工较困难。
竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究的开题报告
竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性研究的开题报告一、研究背景近年来，气候变化凸显，全球能源问题日益突出，如何寻找一种可再生、清洁、环保的新能源成为世界各国的共同关注热点。
竖轴潮流能水轮机作为一种新型海洋能源转化技术，具有能够稳定收集海洋潮汐能及克服潮汐能源开发技术难题等优点，受到了近年来广泛关注和研究。
竖轴潮流能水轮机转子系统是竖轴潮流能水轮机的重要组成部分，其动力学特性直接影响着潮汐能收集效率和设备性能。
因此，对竖轴潮流能水轮机转子系统动力学特性进行深入研究，对于竖轴潮流能水轮机的开发和应用具有重要意义。
二、研究内容本次开题研究旨在通过对竖轴潮流能水轮机转子系统进行理论分析和数值模拟，探究其动力学特性，具体研究内容包括：1.建立竖轴潮流能水轮机转子系统的动力学方程模型，包括水动力学方程、机械方程和电气方程等。
2.通过数值模拟，分析竖轴潮流能水轮机转子系统的工作状态、负载特性和振动特性等。
3.对竖轴潮流能水轮机转子系统的动态响应特性、失稳特性进行研究，并进行动态特性试验验证。
4.结合海洋环境条件，分析竖轴潮流能水轮机转子系统在实际应用中的适用性和优化方案。
三、研究意义本次研究将对竖轴潮流能水轮机转子系统的动力学特性进行深入研究，具有重要的理论和实践意义：1.可以为竖轴潮流能水轮机的开发和应用提供理论支持和技术指导。
2.可以促进潮汐能资源的高效利用和海洋能源的可持续发展。
3.可以为海洋工程领域提供新的技术手段和思路，推动海洋能源产业的发展。
四、研究方法本次研究主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行研究：1.基于传热学、流体力学、机械学和电气学等多学科知识，建立竖轴潮流能水轮机转子系统的动力学方程模型。
2.采用有限元方法和计算流体力学（CFD）等数值模拟技术，分析竖轴潮流能水轮机转子系统的工作状态、负载特性和振动特性等。
3.通过MATLAB和ANSYS等软件进行数值模拟计算，对竖轴潮流能水轮机转子系统进行动态响应特性、失稳特性的研究，并进行动态特性试验验证。
水动力特征试验研究
水动力特征试验研究前言水动力学是研究液体运动和作用的力学分支，它旨在探索液体从静止状态到运动状态中产生的各种力和运动过程。
而水动力特征试验则是水动力学领域的实验技术之一，它可用于研究船舶的水动力性能、研究水下机器人的运动特性、以及研究水中各种物质的流体特性等。
本文将从实验方法、实验内容以及实验设施三方面详细介绍水动力特征试验的相关知识。
一、实验方法水动力特征试验所采用的主要手段是水动力试验池，即在试验池中进行实验。
根据不同的试验对象，可以选择不同的试验池，但一般都要求试验池具有以下特点：1. 长度满足试验条件；2. 宽度足够宽，防止流线不稳定；3. 深度适中，以保证试验对象能够保持在试验水域中；4. 壁面光滑，减少壁面阻力，保证试验的准确性和可重复性；5. 试验水域中不要有其他干扰因素，以保证试验数据的准确性。
在试验前，需要做好依据不同场景选用合适的仪器和设备，并确保相关设备和信息的准确性和连续性。
二、实验内容1. 船体阻力在船体阻力测试中，主要测量船体各个速度下的阻力，为了使试验结果更为准确，试验时需要保持水温不变，一般控制在20-25°C。
此外，还需要对船型、长度、宽度等参数进行大量的变化实验，并根据实验结果对各参数进行调整，以获得更符合实际需要的设计方案。
2. 舵效舵效是舵头速度与推力比值的大小，实验需要测量不同速度下推力与舵头速度的比值以及船体与舵头距离。
数据结果可以用于推导出舵效公式，以判断船舶的舵闸情况。
3. 浪阻力浪阻力是指板条波、激浪、泡沫等所产生的阻力，这一参数的测量需要考虑的因素比较多，需要调整的测量参数包括波浪高度、波速、波形等等。
4. 加速性能加速性能是指船舶从静止开始直到达到最大航速的加速性能，测试时需要测量各个加速度时的加速度大小以及船速。
三、实验设施1. 模型制作设施水动力特征试验中，试验对象的制作是非常关键的一环。
对于船体试验对象，一般采用实物比例制作，而对于水下机器人等非常规的试验对象，则需要采用机械制作或复合材料制作等工艺进行制作。
带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能研究的开题报告
带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能研究的开题报告一、选题背景水力发电是清洁能源的重要组成部分，其在能源领域的地位与作用不言而喻。
竖轴潮流水轮机是一种借助潮汐能量发电的设备，其在海岸线周边的潮汐能资源开发方面具有广泛的应用前景。
而导流罩在水轮机的设计中也起到了至关重要的作用，能够有效地调节流场结构，提高水轮机的性能。
因此，开展带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能研究，将对潮汐能开发的推广应用具有重要的意义。
二、研究目的本论文旨在开展带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能研究，具体目的如下：1. 建立带导流罩的竖轴潮流水轮机数值模型，分析流场结构、叶片负荷等与导流罩设计参数的关联关系。
2. 对比研究不同导流罩设计参数对水轮机水动力性能的影响，并优选最佳设计参数，提高水轮机的效率。
3. 结合实验数据，验证模拟结果的准确性，并为实际应用提供技术支持。
三、研究内容1. 竖轴潮流水轮机导流罩设计原理及其对水动力性能的影响。
2. 基于Fluent软件建立竖轴潮流水轮机水动力数值模型，研究不同设计参数对水动力性能的影响。
3. 搭建实验室实验台，通过对水轮机的实验数据进行分析，对比实验结果和数值模拟结果的异同。
4. 优选最佳导流罩设计参数，提高竖轴潮流水轮机效率。
四、研究意义本论文研究了带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能，可为潮汐能开发提供理论依据和技术支持，具体意义包括：1. 提高水轮机的效率，降低能源成本，推广清洁能源的应用。
2. 拓展潮汐能利用的技术手段，促进我国潮汐能开发的发展。
3. 优化导流罩的设计参数，提高水轮机的水动力性能，可为相关工程项目提供技术支持。
五、研究方法本论文采用数值模拟和实验相结合的方式，具体研究方法包括：1. 基于Fluent软件建立带导流罩的竖轴潮流水轮机数值模型，并分析流场结构、叶片负荷等与导流罩设计参数的关联关系。
2. 搭建实验室实验台，收集水轮机的相关实验数据，并将实验数据与数值模拟结果进行对比分析。
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关 键 词 ：竖轴；可再生能源；换能机械；拖曳水池；波流耦合 中图分 类 号 ：Ｖ ２ １ １ ． ７ 文 献标 识码 ：Ａ
Ｏ 引 言
能源 是人类 社会 存 在和 繁荣 的物 质基 础 之一 。 特 别 是 自十八世 纪 西方 工业 革命 以来 ， 化石 能源 （ 煤 炭 、石 油 ）作 为基 础能 源大 大推 动 了世 界各 国经 济 的发展 ，有 力地 促进 了人类文 明的进 步 。然而 自上 世 纪７ Ｏ 年代 初 期暴 发首 次石 油危 机起 ，能源 危机 就一 直伴 随着 各 国经济 的发展 ，“ 常规 燃料 供应 的不稳 定 性和 有 限性” 这 一论 断逐 步 为各 国所接 受 Ｊ 。温 室效 应 、环境 恶 化及 能源 紧缺 等世 界共 性 问题一 直是 当今 世 界所 关注 的焦 点 ，“ 低碳” 、“ 减 排” 和“ 节 能” 等词 汇越 来越 频繁 地 见诸 于 网络与报 刊 。各 国政府对
击 水轮 机 ，使 水 轮机 转动 产 生机 械 能 ，通过 机械 传 动带 动 发 电机 发 电。根 据 结构形 式 的不 同 ，分 为水
平轴 、竖轴和横轴式水轮机。较之于水平轴水轮机和横轴水轮机 ，竖轴水轮机型式的潮流能发 电装置
具 有 流 向适应 性 强 、适 合 大规 模 阵列 布 置等特 点 ，具有 很 强 的应用 优 势Ｌ ２ Ｊ 。对 竖 轴 式水 （ 风 ）轮机 已 进 行 了较 多 的研 究 ，其 中大 多数 是 分析 给 定转 速和 来 流情 况 下 叶片上 的转矩 特性 。文献 ［ ３ ］ 中Ａｋ ｉ ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ Ｉ ｉ ｄ ａ 使 用 大涡 模方 法模 拟研 究 竖轴 风 力机在 非 稳态流 下 的气 动性 能 ， 文献［ ４ ］ 中作 者利 用面 元法 ， 建立 多 个 叶 片非 定常 运动 涡元 模 型 ， 分析 多 叶片 共 同运 动 时 叶片 与尾 涡及 叶片 与叶 片 间的干 扰效 应 。 刘培 检 【 ５ Ｊ 使用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 模 拟竖 轴潮 流 能水 轮机 的 自启动 性 能 ， 分析 负载 阻尼 系数 对水 轮机 能量 利用 率系 数 的影
竖轴潮流 能水轮机水 动 力性 能水池试验 分析
李广年 ， 一 ，吴卫 国 ，谢永和 ，劳展 杰 ，张 波
（ １ ．武汉理工大学交通学院 ，武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ ；２ ． 浙江海洋 学院船海 学院，舟 山 ３ １ ６ ０ ０ ０ ）
摘
要
针对 竖轴 潮流 能水 轮机 的水 动力性能，在拖曳水池 中开展模型试验研 究。在若干给定 的转速和流速情况 下考察水轮机 能效指数 。改变水 轮机模 型的结构形 式及 其工作环境 ，分析尖速 比、叶片偏角 以及密实度对能 效指数 的影响 。 研究竖轴潮流 能水轮机在 波流耦合作用 下的水 动力响应， 分析 波浪对水 轮机 能效指 数的影响。
响 。哈 尔滨 工程 大 学张 亮等 ［ ６ － ９ １ 通 过 数值模 拟 和水槽 实验等 方 式研 究 了水轮机 叶 片安 装角 度 、安装位 置
对 其载 荷和 叶轮 整体 性 能 的影 响 。水轮 机 处于 海流 场 中 ，在 海 流 的驱 动下 转动 ，另一 方面 水轮 机 的转
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验研 究 。较之 于 水槽 ，拖 曳水池 试 验 时水是 静止 的 ，而模 型在 运动 ，这可 以保 证速 度 的稳 定性 。另 一 方面 水池 尺 寸 比较大 ，可 显著 降低 池壁 效应 。
１ 试 验 装 置
试 验 在 浙江 海 洋 学 院船 模 拖 曳水 池 中进行 。水 池 长 １ ３ ０ ｍ，宽 ６ ｍ，深 ４ ｍ，拖 车最 高 速 度可 达 ６ ． ５ ｒ ｎ ／ ｓ ｌ ｌ 们 。造波 机 为 电液 伺服 驱 动控制 的纯摇板 式 造波 机 ，其 中 ，造 波板 是 中空 的箱 形平板 ，高 ２ ｍ，
５ ５ 卷
第 １ 期（ 总第 ２ ０ ８ 期）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ． ５ ５ Ｎｏ． １（ Ｓ ｅ ｉ ｆ ａ １ Ｎｏ ． ２ ０ ８）
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ３月
Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵＩ ＬＤＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文章编 号：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ １ ． ０ １ ４ ３ ． ０ ６
基 金项 目： 国家 自然科 学基 金 （ ５ １ ２ ７ ９ １ ８ ２ ）：浙 江省 自然 科学 基金 （ Ｌ Ｑ１ ２ Ｅ ０ ９ ０ ０ １ ）；浙 江省 教育 厅科 研 项 目 （ Ｙ ２ ０ １ １ ２ １ ７ ４ ７ ）：浙 江省科
技 计划 项 目 （ ２ ０ １ ３ Ｄ ４ ０ ０ ３ ７ ） ；科技 部星 火 计划项 目 （ ２ ０ １ ３ Ｇ Ａ７ ０ ０ ２ ５ ３ ）；海 洋工 程 国家 重点 实验 室 （ 上海 交通 大学 ）开 放基 金
包 括海 洋 能在 内 的可再 生 能源利 用 的技 术给 予空 前 的重视 和支 持 ，海洋 能 己成 为 能源 开 发技 术领域 中
非常活跃的分支。具有可再生、无污染等特征的潮流能是一种很重要的海洋能源 ，潮流能的利用引起
了包 括 中国在 内 的世界 各 国政府 前所 未有 的重视 。
水轮机作为一种重要 的潮流能换能元件，它在整个潮流能利用过程 中起着重要作用 。海洋潮流冲
（ １ ２ ０ ３）
中
国
造 Leabharlann 船 学 术论 文 动又 影 响海流 流场 ，这 是一 个 复杂 的过程 ，它给 数值 模拟 带来 一 定困难 。模 型试 验 是潮 流 能水轮 机水
动力性能研究的一种重要方式，现有文献中的试验大多是在水槽中开展，但水槽规模有限，池壁效应、 尺度效应均有较大影响，而且存在水流速度不均匀，速度值不稳定的问题 。本文在拖曳水池 中开展试