浮式立軸潮流能水輪機載體運動的頻域分析.pdf

1、潮流能在新能源開發(fā)利用中占據(jù)重要地位，是一種潛力頗大的清潔可再生能源。國內(nèi)外運行的潮流能發(fā)電系統(tǒng)按其載體結構形式可分為漂浮式、樁柱式和重力式等，由于漂浮式潮流能電站載體適用水深范圍大、安裝維修方便等優(yōu)點得到廣泛的認可。然而，浮式潮流電站載體的水動力和運動十分復雜，若按常規(guī)的船舶或浮式海洋結構來處理，將水輪機的水動力按一定比例的阻尼直接加到載體上，不考慮水輪機與載體的流場相互干擾，這種粗略的估計方法所導致的偏差可能很大。因此，研究帶有潮流

2、能水輪機的浮式載體在風浪和急流中的水動力及其運動特性是潮流能電站設計的關鍵問題之一。
　　本文研究浮式載體帶有立軸潮流能水輪機的水動力學問題，在勢流理論的框架下建立波浪中帶有水輪機的浮式載體的運動方程，研究載體加水輪機的水動力及其運動的計算方法，探討水輪機對載體水動力及運動的影響規(guī)律。
　　首先，概括了潮流能的利用、潮流能發(fā)電站以及立軸潮流能水輪機技術的發(fā)展現(xiàn)狀，對立軸水輪機的水動力計算理論以及一般浮體在波浪中運動的勢流理論

3、進行了綜述；然后，基于牛頓第二定律，將運動流體中水輪機的受力作為外載荷加到載體上，建立了浮式載體加水輪機在波浪中的一般運動方程。對于微幅波浪的情況，研究浮式載體加水輪機運動方程的頻域求解方法：將載體在規(guī)則波中的六自由度運動分解為輻射問題和繞射問題，獲得規(guī)則波中載體水動力系數(shù)的速度勢表達以及頻域運動微分方程；對于立軸水輪機隨浮體在波浪中運動的受力問題，基于切片理論建立直葉片水輪機的水動力模型，并表達為水動力導數(shù)的形式。
　　作為本文

4、帶有水輪機的浮體水動力學模型和六自由度頻域求解方法的應用，不失一般性，研究典型的圓盤型浮式載體在規(guī)則波中作縱蕩和縱搖運動的問題。首先列出立軸水輪機在水流中作縱蕩和縱搖運動時的受力表達式，進而導出了載體加水輪機縱蕩、縱搖兩個自由度的運動方程。數(shù)值計算時，以水輪機處于不旋轉的狀態(tài)作為研究算例，分別取水輪機葉輪處于0°、45°和90°位置角作為研究對象。將水輪機在均勻流中受力的CFD模擬結果，擬合為葉輪各個位置角時水輪機的水動力導數(shù)。對載體加