低流速潮流能捕获机构导流装置性能研究

【摘要】：潮流能是一种不竭的清洁可再生资源,研发潮流能发电技术与装置具有重要的战略意义和显著的社会经济效益。潮流能捕获机构是潮流能发电系统的核心,叶轮是潮流能捕获机构的关键部件,在叶轮外部设置导流罩以增加潮流流速是提高叶轮获能效率的一种有效方法。在对国内外潮流能捕获机构中叶轮的各种型式进行分析的基础上,主要对导流装置的型式进行了研究,在现有内导流方法的基础上提出了外导流概念和方法。运用CFD方法及相关软件工具对三种流线型导流曲线进行了流体动力学分析,并选取圆弧形为优化导流线型,对内导流和外导流两种导流流场进行了流体动力学仿真分析。分析结果表明,内导流聚流效果明显;外导流的最大潮流增速效果为内导流的65%左右,且经过外导流后,沿垂直并在离开导流罩壁面方向的潮流速度分布呈现先递增后递减趋势,存在负获能区的叶轮可以充分利用这一特点来提高获能效率。为了验证内、外导流分析结果的正确性,基于实验室水池条件和相对运动原理,设计制造了潮流能捕获叶轮导流装置及其水动力学性能试验系统,并对水平轴和垂直轴叶轮及其导流罩的性能进行了实验测试,为进一步开展海上试验提供初步依据及技术参考。根据内、外导流原理及其性能特点,提出了一种将内、外导流集成于一体的双体船式新型导流结构,设计建造了漂浮双体船式潮流能捕获与发电、制淡综合实验平台,并基于该实验平台进行了海上试验,对船体导流效果进行了实验测试。实验测试结果表明,该双体船式导流结构的聚流效果明显,其内导流使潮流流速提高了38%,其外导流使潮流流速提高了23%,且实测导流效果与仿真导流数据吻合得较好。