立軸水輪機(jī)振蕩運(yùn)動(dòng)及水動(dòng)力系數(shù)分析.pdf

1、隨著傳統(tǒng)化石能源日益枯竭及其帶來的環(huán)境問題日益突出，潮流能作為一種清潔無污染的可再生能源，為能源結(jié)構(gòu)注入新的活力。潮流能水輪機(jī)作為潮流能轉(zhuǎn)換裝置的核心部分，而備受各國專家學(xué)者的關(guān)注。漂浮式立軸潮流能發(fā)電裝置具有載體結(jié)構(gòu)形式簡單，水輪機(jī)不受來流方向影響等特點(diǎn)。實(shí)際海洋環(huán)境中，在波浪的作用下，漂浮式載體的搖蕩運(yùn)動(dòng)會(huì)引起水輪機(jī)相對(duì)來流速度的周期性變化，從而改變水輪機(jī)的水動(dòng)力特性。目前，在潮流能立軸水輪機(jī)水動(dòng)力性能研究中，主要側(cè)重水輪機(jī)繞固定主

2、軸旋轉(zhuǎn)時(shí)水動(dòng)力性能，涉及水輪機(jī)搖蕩運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容較少，因而本文針對(duì)立軸水輪機(jī)在振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)的水動(dòng)力性能展開研究，并對(duì)立軸水輪機(jī)水動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。
　　首先，為分析漂浮式潮流能立軸水輪機(jī)在波浪作用下的水動(dòng)力特性，本文建立了立軸水輪機(jī)在均勻來流中的周期性單自由度強(qiáng)迫振蕩運(yùn)動(dòng)模型，采用 CFD動(dòng)網(wǎng)格模型模擬了立軸水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中的單自由度振蕩運(yùn)動(dòng)，分析了振蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)水輪機(jī)水動(dòng)力載荷及性能的影響規(guī)律；然后，在建立立軸水輪機(jī)水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算模型

3、的基礎(chǔ)上，基于CFD計(jì)算結(jié)果，通過擬合分析，計(jì)算了水輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)下以及工作狀態(tài)下的水動(dòng)力系數(shù)；最后，對(duì)三維立軸水輪機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了三維效應(yīng)對(duì)立軸水輪機(jī)水動(dòng)力特性的影響，分析了不同展長半徑比下立軸水輪機(jī)載荷以及水動(dòng)力系數(shù)的差異。
　　研究結(jié)果表明：立軸潮流能水輪機(jī)具有振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)，葉輪載荷平均值不變，瞬時(shí)載荷波動(dòng)加??；載荷均值和波動(dòng)幅值隨速比、葉片數(shù)及密實(shí)度的變化趨勢與無振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)相同，但波動(dòng)幅值增加；載荷波動(dòng)幅值隨振蕩頻率和