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《哈尔滨工程大学》 2006年
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竖轴潮流水轮机水动力性能理论与实验研究

汪鲁兵  
【摘要】:竖轴潮流发电水轮机是目前广泛实验和研究的潮流能转换装置。它对水深和流速的要求不高,不受来流方向变化的影响,不需要额外的偏航对流机构,因而结构简单,工作可靠。而且通过设计和采用合适的叶片运动控制机构,竖轴水轮机通常能够实现自启动,并获得较高的能量利用率。因此,针对这种水轮机叶片控制机构和水动力性能计算与预报方法的研究近年来受到人们越来越大地关注。 在叶片运动控制机构的设计与研究方面,本文首先通过建立和完善竖轴水轮机水动力性能理论模型,以及分析速比、叶片偏角等参数对水动力性能的影响,总结了叶片运动控制机构的工作原理;然后通过比较现有的各种变攻角叶片控制机构的设计思路和工作特点,进行了弹簧控制式变攻角水轮机的设计和模型实验,结果表明水轮机能够自启动,而且能量利用率性能有一定的提高;最后根据实验结果初步分析了其水动力性能和影响因素,例如弹簧刚度和密实度等。目的是检验叶片控制机构的可靠性和效果,为性能更好、工作更可靠的叶片控制机构的设计以及数值计算方法的比较和验证提供参考和依据。 在性能计算和预报方法方面,本文首先根据动量定理原理,建立了双盘面多流管模型,并结合叶片动力学分析将其运用到被动式变攻角水轮机—弹簧控制式水轮机的水动力性能计算上;通过对流管扩张、动态失速、叶片自转效应的修正,使计算方法更趋完善。然后利用非定常面元法,以单个叶片非定常运动数值计算方法为基础,建立多叶片非定常运动的涡面元法模型,分析了多个叶片共同运动时的叶片与尾涡以及叶片与叶片之间的干扰效应和叶片载荷特性;同时,考虑到水轮机工作速比较小时,叶片攻角变化范围大的特点,参考离散涡方法,建立了分离流动模型,模拟流动分离对水轮机性能的影响,使计算更具合理性。最后通过大量算例与实验值的比较,检验了这两种方法的适用性和准确程度。 在水轮机性能研究方面,以各系列算例的计算结果为依据,详细分析了速比、叶片数、弦长直径比、偏角变化规律以及叶片自转轴位置等参数影响水轮机性能的原理、方式和结果,总结了叶片和转子的瞬时载荷、转子的平
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TV136.1

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 姚齐国;刘玉良;李林;唐志波;;潮流发电前景初探[J];长春工程学院学报(自然科学版);2011年02期
2 张亮;罗庆杰;韩荣贵;;垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期
3 李志川;孙科;荆丰梅;张亮;;固定偏角垂直轴潮流水轮机叶片安装角研究[J];哈尔滨工程大学学报;2011年07期
4 荆丰梅;张亮;张鹏远;肖立家;;潮流能发电增速导流罩研究[J];哈尔滨工程大学学报;2012年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙科;竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2008年
2 王树杰;柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 焦磊;立轴式可变角叶轮流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孟巧;叶栅附体对直叶水轮机的性能干扰研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 严锋;300kW潮流电站双体船载体设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 廖康平;垂直轴风机叶轮空气动力学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 韩荣贵;潮流水轮机叶片偏角控制规律理论研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 季剑远;可控偏角竖轴水轮机性能试验研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
8 邢宏岩;流水摆式能量转换装置水动力学机理与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
9 赵龙武;柔性叶片水轮机流体动力特性数值模拟研究[D];中国海洋大学;2009年
10 庄庆连;垂直轴潮流水轮机空化性能数值研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张桂湘;摆线式和蹼板式水轮机水动力性能计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 汪鲁兵;一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 张海彬,戴仰山,任慧龙;船体湿表面脉动压力预报的三维非线性方法[J];船舶力学;2005年05期
9 李积德;张恒;;考虑粘性影响的单体复合船型的运动预报[J];船舶力学;2008年02期
10 刘日明;任慧龙;李辉;;有限水深格林函数及其导数的改进Gauss-Laguerre算法[J];船舶力学;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周晓勃;周盛;;二维扩压叶栅非定常涡面分析[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
2 张华;吕志咏;孙胜东;;柱体/平板干扰非定常马蹄涡结构的PIV研究[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
3 吴有生;张效慈;司马灿;崔维成;林吉如;;我国船舶水弹性力学研究的部分进展[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
4 魏述和;张燎军;闫毅志;;基于流固耦合数值方法的尾水涡带诱发尾水管振动分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年
5 鲍献文;王勇智;;加强潮流能发电的研究与开发[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
6 荆丰梅;盛其虎;张亮;;漂浮式潮流电站总体设计[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
7 何吉欢;;变分法的历史及其方法论的研究(详细摘要)[A];力学史与方法论论文集[C];2003年
8 孙芦忠;严建国;许晶;;多用途浮箱技术及其相关应用[A];港口工程分会技术交流文集[C];2005年
9 朱海荣;朱仁传;缪国平;;波物相互作用的三维时域数值模拟[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
10 吴晞;张辉;施平安;;喷水推进穿浪双体船操纵运动仿真研究[A];2009特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王龙金;零/低航速减摇鳍升力模型及系统控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 解学参;吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 徐刚;不规则波中浮体二阶水动力时域数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 胡天喜;立式同轴离心磨机磨矿理论与试验研究[D];昆明理工大学;2008年
5 宋孝宗;纳米颗粒胶体射流抛光机理及试验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 唐春晓;基于多光谱成像的数字粒子图像测速技术研究[D];天津大学;2010年
7 王吉民;薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究[D];浙江大学;2001年
8 成娟;非结构网格粘性流动计算研究[D];南京航空航天大学;2001年
9 夏恒;高速车辆车内气流噪声的理论计算方法研究[D];江苏大学;2002年
10 杜广生;厢式货车空气动力学特性的研究[D];中国船舶科学研究中心;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 焦磊;立轴式可变角叶轮流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 周斌;四桨两舵大型船舶螺旋桨的面元法设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 黄俊;海上浮式风力发电机组载荷及结构性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李在鹏;半潜式海洋潮流电站系统性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 马艳;导管螺旋桨的水动力性能分析与设计优化[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 郭宇;LNG船运动与载荷计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王伟飞;基于Rankine源法舰船有航速时域三维波浪载荷计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 徐强;立体视觉测量及半潜平台模型试验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张昊;半潜平台波浪绕射的三维时域计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 刘伟明;波浪中船舶六自由度“操纵—摇荡”耦合运动数值仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘星;曹义华;;降落伞开伞过程的多结点模型仿真[J];北京航空航天大学学报;2008年02期
2 阎超,谢磊,李云晓;跨音速翼型的气动最优化设计方法[J];北京航空航天大学学报;1998年03期
3 范菊,陈小红,黄祥鹿;三阶摄动对锚泊线动力分析的影响[J];船舶力学;2000年01期
4 范菊,陈小红,黄祥鹿;锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响(英文)[J];船舶力学;2000年06期
5 杜度,张宁,马骋,张纬康;系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析[J];船舶力学;2005年04期
6 汤卫民;XXX遥控扫雷艇单甲板连接桥强度研究[J];船舶;2005年01期
7 韦节廷;熊林常;;建筑能源供应方式与节能分析[J];长春工程学院学报(自然科学版);2010年03期
8 蒋祖立;陈冲;许思猛;;空间矢量PWM在有源滤波器中的应用[J];电气应用;2007年10期
9 吴迪;张建文;;变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究[J];大电机技术;2006年06期
10 纪志成;朱芸;孟涛;;风能转换系统的MPPT变增益极值搜索控制[J];电机与控制学报;2009年03期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 卞松江;变速恒频风力发电关键技术研究[D];浙江大学;2003年
2 刘胜柱;水轮机内部流动分析与性能优化研究[D];西安理工大学;2005年
3 王飞;单相光伏并网系统的分析与研究[D];合肥工业大学;2005年
4 陈仲;并联有源电力滤波器实用关键技术的研究[D];浙江大学;2005年
5 陈鑫;通气空泡流研究[D];上海交通大学;2006年
6 孙科;竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 王树杰;柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D];中国海洋大学;2009年
8 陈瑛;自然空泡流数值模拟方法研究[D];上海交通大学;2009年
9 刘文玺;基于高阶面元的浮体运动与波浪载荷计算方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李在鹏;半潜式海洋潮流电站系统性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张桂湘;摆线式和蹼板式水轮机水动力性能计算方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 冯永军;全方向推进器的水动力性能计算与试验设计研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
4 汪鲁兵;一种新型变攻角直叶水轮机水动力性能优化研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 吴荻;双体船船体结构强度的直接计算法[D];武汉理工大学;2004年
6 杨少勇;变速恒频潮流发电系统的分析研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
7 胡冰;基于双体船局部结构强度的分析[D];大连海事大学;2005年
8 杨奕;船舶运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 齐志远;小型风力发电系统最大功率控制的扰动法及建模分析与仿真[D];内蒙古工业大学;2005年
10 王健;三相光伏并网系统设计及其控制算法研究[D];清华大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚齐国;刘玉良;李林;唐志波;;潮流发电前景初探[J];长春工程学院学报(自然科学版);2011年02期
2 贺广零;仲政;;海上垂直轴风力发电机组结构分析研究进展[J];电力建设;2011年12期
3 张亮;李志川;刘健;孙科;;垂直轴水轮机耦合数值模拟研究[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期
4 张亮;罗庆杰;韩荣贵;;垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期
5 吴磊;潘华辰;;潮汐电站贯流式水轮机的流场数值模拟[J];机电工程;2010年10期
6 马舜;李伟;刘宏伟;林勇刚;;水平轴潮流能发电系统能量捕获机构研究[J];机械工程学报;2010年18期
7 沈寿林;葛俊旭;梁鹏;蒋春祥;;H型风轮气动载荷的计算研究[J];机械制造;2011年01期
8 曲建俊;许明伟;李中杰;支钞;;一种升阻复合型垂直轴风力机[J];可再生能源;2010年01期
9 廖书学;李春;聂佳斌;高伟;;不同翼型对垂直轴风力机性能的影响[J];机械设计与研究;2011年03期
10 李志川;孙科;荆丰梅;张亮;;固定偏角垂直轴潮流水轮机叶片安装角研究[J];哈尔滨工程大学学报;2011年07期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 罗庆杰;张亮;孙科;;UDF控制滑移网格方法在摆线式直叶水轮机性能预报中的应用[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
2 邱飞;王树杰;谭俊哲;袁鹏;;潮流能柔性叶片水轮机导流罩设计及数值模拟[A];中国可再生能源学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 孙科;竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2008年
2 葛俊旭;兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究[D];浙江大学;2010年
3 马舜;水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 焦磊;立轴式可变角叶轮流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 黄俊;海上浮式风力发电机组载荷及结构性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 严锋;300kW潮流电站双体船载体设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 张磊;整流式阻力型垂直轴风力机结构参数优化选择的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 刘伯聪;Φ型风力发电机气动性能的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 王凯;竖轴风力机的气动载荷及动力特性分析[D];哈尔滨工程大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 张亮,陈萌萌,吴德铭;二维地效翼气动力的计算和性能研究[J];船舶力学;2000年02期
2 叶正寅,杨永年,陈迎春;有地面干扰的动导数计算方法[J];飞行力学;1998年03期
3 鲁传敬,何友声;规则水波对低空飞行机翼特性的影响[J];航空学报;1986年05期
4 陶锋,尹协远,童秉纲;圆柱突然起动的快速涡解法[J];航空学报;1991年07期
5 童秉纲,夏南,李潜;物体绕流的离散涡方法[J];力学进展;1985年03期
6 尹协远,李平,童秉纲;容量矩阵法在涡方法中的应用[J];力学学报;1992年01期
7 尹协远,陶锋,童秉纲;入射涡与圆柱相互作用的数值模拟[J];力学学报;1992年02期
8 顾巍,单雪雄;小展弦比机翼极端地面效应的气动力研究——计算机代数摄动解法[J];上海交通大学学报;1997年07期
【相似文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 张雪明;徐明奇;朱挽强;;自变距双向流潮流能电站专用水平轴透平设计[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
5 盛其虎;罗庆杰;张亮;;40kw潮流电站载体设计[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
6 侯放;于华明;鲍献文;;基于高分辨率数值模型的舟山群岛海域潮流能资源分析[A];中国可再生能源学会2011年学术年会论文集[C];2011年
7 陈存福;王树杰;袁鹏;谭俊哲;;潮流能水平轴水轮机导流罩水动力学特性数值分析[A];中国可再生能源学会2011年学术年会论文集[C];2011年
8 厉文超;王树杰;王建国;李坤;;潮流能水平轴水轮机模型实验检测控制系统研究[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年
9 鲍献文;王勇智;;加强潮流能发电的研究与开发[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会成立大会暨第一届学术讨论会论文集[C];2008年
10 王树杰;尹克金;李淑一;李冬;;风浪流联合载荷作用下潮流能发电实验平台稳定性研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 国家海洋技术中心 罗续业;潮流能:部分已实现并网输电[N];中国海洋报;2010年
2 记者 林上军;舟山:畅想海上“大三峡”[N];浙江日报;2010年
3 本报记者 韩光亮 通讯员 周健伟 程源;两国家海洋可再生能源项目落户青岛[N];青岛日报;2011年
4 本报记者 王海霞;海洋能开发:苏格兰欲独立潮头[N];中国能源报;2010年
5 丁大伟;海洋能开发潜力巨大[N];人民日报;2010年
6 本报记者 徐园 林上军 谢国平;舟山:跨越太平洋的梦想[N];浙江日报;2011年
7 记者 赖有生 通讯员 梁锦秋;中山海洋经济扬威海博会[N];中山日报;2011年
8 记者 徐博龙;利用潮汐能双向发电[N];舟山日报;2011年
9 本报记者 张宇;浙江“蓝色能源”开发利用风生水起[N];中国改革报;2011年
10 本报记者 王颖春;海工装备中长期规划预计年底前出台[N];中国证券报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 汪鲁兵;竖轴潮流水轮机水动力性能理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
2 马舜;水平轴潮流能转换系统能量转换率及功率控制研究[D];浙江大学;2011年
3 王树杰;柔性叶片潮流能水轮机水动力学性能研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈晗;弹簧控角竖轴直叶水轮机水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
2 邵维;被动式水轮机流体结构耦联运动数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2008年
3 吕忻;潮流能资源调查与评估标准研究[D];中国海洋大学;2011年
4 张少杰;1kW潮流能发电机试验装置控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
5 Waqar Hussain;变攻角垂直轴潮流能发电水轮机的设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 鹿兰帅;潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D];中国海洋大学;2009年
7 刘斌;带导流罩的竖轴潮流水轮机水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
8 姜劲;基于遗传算法的竖轴潮流能水轮机性能优化研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
9 黄树权;基于遗传算法的螺旋桨性能优化研究[D];大连理工大学;2009年
10 韩荣贵;潮流水轮机叶片偏角控制规律理论研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
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