柔性葉片水輪機獲能區(qū)的研究及應(yīng)用.pdf

1、柔性葉片水輪機是一種新型海流能獲取裝置,其葉片為采用柔性材料制作的三角形,在水流的作用下發(fā)生自適應(yīng)變形,可充分利用流體的升力效應(yīng)和阻力效應(yīng)做功,具有較高的獲能效率,自啟動能力強,適用流速范圍廣。其轉(zhuǎn)動方向只與柔性葉片的安裝方向有關(guān),可適應(yīng)雙向往復(fù)來流,若采用豎軸方式安裝則能適應(yīng)各向來流。轉(zhuǎn)子制作簡單,葉片安裝方便,有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文以柔性葉片水輪機獲能區(qū)的研究為工作重點,分析了柔性葉片水輪機的受力特性,提出了正負獲能

2、區(qū)的概念,明確了獲能區(qū)的分布,在此基礎(chǔ)上提出了一種通過減小負獲能區(qū)的不利影響來提高柔性葉片水輪機整體獲能能力的方法,并綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和水槽模型實驗進行了分析和驗證。
　　 建立了柔性葉片水輪機單葉片數(shù)學(xué)模型,分析了柔性葉片在整個轉(zhuǎn)動過程中的受力特性。提出了正負獲能區(qū)的概念,從受力分析的角度提出了柔性葉片在整個轉(zhuǎn)動過程中可能存在負獲能區(qū)。
　　 對柔性葉片水輪機水動力特性進行了數(shù)值模擬。模擬了單排柔性葉片水輪機

3、在整個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)12個位置對主軸的轉(zhuǎn)矩,初步明確了柔性葉片水輪機獲能區(qū)的分布情況。為了便于研究獲能區(qū)對柔性葉片水輪機獲能能力的影響,提出了淹沒度的概念,即通過改變淹沒度來減少流經(jīng)負獲能區(qū)的水流,從而減小負獲能區(qū)對柔性葉片水輪機獲能能力的不利影響。對不同淹沒度條件下的柔性葉片水輪機模型進行了轉(zhuǎn)矩模擬,模擬結(jié)果顯示,柔性葉片水輪機獲能能力隨著淹沒度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢,找到了數(shù)值模擬條件下的最佳淹沒度,從數(shù)值模擬的角度證明了減小負獲能區(qū)

4、的不利影響確實可以起到提高柔性葉片水輪機整體獲能能力的作用。
　　 設(shè)計制作了柔性葉片水輪機實驗?zāi)Ｐ?搭建了柔性葉片水輪機水槽實驗水動力性能測試和數(shù)掘采集系統(tǒng)。測量了單排柔性葉片水輪機在整個轉(zhuǎn)動周期中12個不同位置對主軸的轉(zhuǎn)矩,進一步明確了柔性葉片水輪機獲能區(qū)的分布情況。全葉片柔性葉片水輪機在不同淹沒度條件下對主軸轉(zhuǎn)矩的水槽模型實驗顯示:柔性葉片水輪機的獲能能力隨著淹沒度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢;在最佳淹沒度條件下柔性葉片水輪機

5、整體獲能能力比全淹沒時提高13％。從模型實驗的角度進一步證明,通過減小流經(jīng)負獲能區(qū)的水流以達到改變負獲能區(qū)對整體獲能能力不利影響的方法是可行的。
　　 對數(shù)值模擬結(jié)果和水槽模型實驗結(jié)果進行了分析。分別對數(shù)值模擬和模型實驗中單排柔性葉片水輪機對主軸的轉(zhuǎn)矩之和與全葉片水輪機全淹沒情況下對主軸的轉(zhuǎn)矩進行了對比,分析了單排葉片水輪機轉(zhuǎn)矩之和大于全葉片水輪機全淹沒條件下轉(zhuǎn)矩的原因,提出了葉片密實度研究的必要性。
　　 最后,在理論