偏流作用下海流能轉(zhuǎn)換器的技術(shù)研究

【摘要】：國際性的能源危機(jī)和持續(xù)環(huán)境惡化使各國紛紛加大對(duì)清潔能源的開發(fā)力度。海流能是海洋能中最易獲得、最具靈活性的一種清潔可再生能源。利用海流能技術(shù)發(fā)電，不僅有利于改善能源結(jié)構(gòu)，降低化石能源消耗帶來的環(huán)境污染和氣候變化問題，而且無需建造堤壩和水庫，投資運(yùn)行費(fèi)用小。 首先，本文在以大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱和調(diào)研的基礎(chǔ)上，論述了海流能發(fā)電的前景及海流能發(fā)電裝置的國內(nèi)外研究進(jìn)展，并指出海流能的應(yīng)用存在著來流方向具有不確定性。目前，國內(nèi)外對(duì)海流能發(fā)電裝置的研究主要集中在渦輪機(jī)葉片翼型的幾何參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，而針對(duì)如何糾正來流偏流和提高輸入渦輪機(jī)的海流流速，國內(nèi)外研究的比較少。同時(shí)當(dāng)來流與葉片翼型的夾角達(dá)到一定角度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)失速現(xiàn)象，目前還沒有可靠的理論預(yù)測其失速角，這樣就使得在來流偏流的情況下，有可能出現(xiàn)失速現(xiàn)象，使輸入渦輪機(jī)的動(dòng)能減小，輸出功率降低等現(xiàn)象，最后提出了本課題的研究意義和研究內(nèi)容。其次，本文詳細(xì)的介紹了浙江工業(yè)大學(xué)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的海流能轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)裝置，其中包括鋼制渦輪機(jī)單向葉片、尼龍PA12單雙向葉片、增速管和文丘里管等。接著，對(duì)尼龍PA12渦輪機(jī)葉片在自由流和有壓流情形下的轉(zhuǎn)速與流速的關(guān)系以及渦輪機(jī)葉片的空化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)不同面積比、不同管長增速管和文丘里管在不同流速情形下對(duì)來流偏流的糾正作用進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與分析。最后，利用商用CFD模擬軟件FLUENT對(duì)海流能轉(zhuǎn)換器葉片翼型在來流攻角從-4o～20o情形下的水動(dòng)力特性進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算，得到翼型周圍流場的速度分布、壓力分布、翼型的失速特性以及水動(dòng)力特性與攻角α的關(guān)系，可供設(shè)計(jì)高效的海流能轉(zhuǎn)換器葉片時(shí)參考。本文的研究成果可在海流能發(fā)電中廣泛應(yīng)用，為低速海流能的開發(fā)利用提供更廣闊的前景。 【關(guān)鍵詞】：海流能轉(zhuǎn)換器 增速管 文丘里管 偏流角 水動(dòng)力特性 數(shù)值研究
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM61;P743.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符號(hào)說明12-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 海洋能綜述15-18
• 1.2 海流能簡介18-20
• 1.3 海流能發(fā)電裝置國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-24
• 1.3.1 垂直軸式海流能發(fā)電裝置國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 水平軸式海流能發(fā)電裝置國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4 海流能轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展介紹24-27
• 1.4.1 槳葉流體力學(xué)特性研究24-25
• 1.4.2 安裝與維修技術(shù)25-26
• 1.4.3 自對(duì)流系統(tǒng)的研究進(jìn)展26-27
• 1.4.4 提高海流來流速度的研究27
• 1.5 本課題的研究意義和主要研究內(nèi)容27-29
• 1.5.1 本課題的研究意義27-28
• 1.5.2 本課題的主要研究內(nèi)容28-29
• 第二章 試驗(yàn)設(shè)備與量測技術(shù)29-35
• 2.1 水洞系統(tǒng)29
• 2.2 多功能水槽29-30
• 2.3 PHOTRONAPX-RS 高速攝影機(jī)30-31
• 2.4 SINOCERA-YE 6263 壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)31-32
• 2.5 SONTEKADV32-33
• 2.6 UFLO2000P 超聲波流量計(jì)33-34
• 2.7 FLUENT 軟件簡介34-35
• 第三章 海流能轉(zhuǎn)換器試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)35-51
• 3.1 葉片翼型的幾何參數(shù)和水動(dòng)力特性分析35-40
• 3.1.1 葉片翼型的幾何特性35-36
• 3.1.2 翼型系列介紹36-37
• 3.1.3 作用在運(yùn)動(dòng)葉片上的力37-40
• 3.2 海流能轉(zhuǎn)換器渦輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)40-43
• 3.2.1 單向葉片設(shè)計(jì)40-41
• 3.2.2 雙向葉片設(shè)計(jì)41-43
• 3.3 增速管的設(shè)計(jì)43-47
• 3.3.1 鋼制葉片渦輪機(jī)增速管43-45
• 3.3.2 尼龍 PA12 材質(zhì)單向葉片渦輪機(jī)增速管45-47
• 3.4 文丘里管的設(shè)計(jì)47-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 渦輪機(jī)葉片性能測試51-57
• 4.1 實(shí)驗(yàn)裝置51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析52-56
• 4.2.1 自由流情形渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速與流速的關(guān)系52-53
• 4.2.2 有壓流情形渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速與流速的關(guān)系53-54
• 4.2.3 渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速與空化數(shù)的關(guān)系54-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 導(dǎo)流裝置糾正偏流的試驗(yàn)結(jié)果分析57-80
• 5.1 實(shí)驗(yàn)原理分析58-61
• 5.1.1 連續(xù)性方程58
• 5.1.2 貝茨極限58-60
• 5.1.3 海流能的計(jì)算60-61
• 5.2 增速管糾正鋼制葉片渦輪機(jī)偏流的實(shí)驗(yàn)研究61-65
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)61-62
• 5.2.2 糾正偏流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析62-64
• 5.2.3 小結(jié)64-65
• 5.3 增速管糾正尼龍 PA12 材質(zhì)單向葉片渦輪機(jī)偏流的實(shí)驗(yàn)研究65-72
• 5.3.1 變面積比增速管對(duì)偏流的糾正65-68
• 5.3.2 不同管長增速管對(duì)偏流的糾正68-71
• 5.3.3 小結(jié)71-72
• 5.4 文丘里管糾正尼龍 PA12 材質(zhì)雙向葉片渦輪機(jī)偏流的實(shí)驗(yàn)研究72-80
• 5.4.1 不同面積比文丘里管對(duì)偏流的糾正73-76
• 5.4.2 不同管長文丘里管對(duì)偏流的糾正76-79
• 5.4.3 小結(jié)79-80
• 第六章 海流能轉(zhuǎn)換器葉片翼型的失速和水動(dòng)力特性的數(shù)值研究80-90
• 6.1 數(shù)值計(jì)算方法81-83
• 6.1.1 紊流模型81
• 6.1.2 模型的建立與網(wǎng)格劃分81-82
• 6.1.3 邊界條件和數(shù)值方法的設(shè)定82-83
• 6.2 計(jì)算結(jié)果分析83-88
• 6.2.1 速度等值線圖和矢量圖83-85
• 6.2.2 翼型上下表面壓力分析85-86
• 6.2.3 失速分析86-87
• 6.2.4 翼型的動(dòng)力特性分析87-88
• 6.3 動(dòng)力特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比88-89
• 6.4 本章小結(jié)89-90
• 第七章 結(jié)論與展望90-92
• 7.1 結(jié)論90-91
• 7.2 展望91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 致謝96-97
• 攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目97
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97
• 攻讀學(xué)位期間申請(qǐng)的國家專利97

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