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新型永磁直驱式双向潮流发电系统研究

郭彬  
【摘要】:伴随着煤、石油等常规能源的日益枯竭,潮流能作为一种可以预测的、规律性强的可再生能源为能源危机提供了一种有效的解决途径。结合国家十一五计划提出解决远离大陆孤岛的食物和能量供给困难问题的提案,本论文开展了新型永磁直驱式双向潮流发电系统的研究,为解决远离大陆孤岛供电提供一种可行方案。 论文主要分为四部分。第一部分是绪论。在这一部分中,详细介绍了课题开展的背景和潮流能在国、内外的应用现状,并分析了各种潮流能应用装置的优缺点。 第二部分是双向翼型的设计。考虑到潮流来回往复的特性,使涡轮叶片在正反两个方向都具有较好的、相近的能量转换效率是十分重要的。常用翼型在正向来流时具有较好的气动性能,但在反向来流时气动性能下降十分严重。为解决这一问题,常用的方法是设计类似于风机上的转向装置,使涡轮叶片时刻保持正向面对来流的状态。但考虑到设计的双向潮流发电装置坐落在海底,仪器设备的水下安装与维修十分昂贵,在此背景下论文设计了双向翼型,结果显示该翼型在正反两向来流下都具有较好的气动性能。 第三部分是涡轮叶片的设计及数值计算。在双向翼型的基础上,使用叶元体动量理论对涡轮叶片进行设计。本文采用numeca和ansys-CFX联合的方式对设计叶片进行数值计算。用numeca软件对叶片及其附近的流域进行网格划分,在保证计算精度的前提下为了减少网格的数量,将数值模型的流域划分为静止域和旋转域。把画好的网格模型导入到ansys-CFX中设定边界条件并进行求解计算。计算结果显示叶片的能量转化效率在设计尖速比下为39.536%。 第四部分是模型试验。模型试验阶段的主要工作是设计试验模型的结构并进行潮流发电系统的发电试验和发电机效率测试试验。实验通过改变发电装置的外部负载来改变永磁发电机的转速,从而获得叶片在不同转速(尖速比)下的发电量;根据发电机效率测试试验进一步计算可以得到叶片在不同转速下的能量转换效率Cp。将CFD计算结果与实验结果比较,验证数值方法的正确性和实验装置结构设计的可行性。


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