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水平轴潮流能发电机叶片的设计与实验研究

欧贤坤  
【摘要】:在地球上,石油、煤等传统化石燃料资源蕴藏量庞大。人类工业革命以来,化石能源带给社会飞速发展的同时,其自身也面临枯竭的危险,对环境造成严重的影响。地球表面的71%被海洋覆盖,海洋能作为一种清洁的新型能源,蕴藏量极为丰富。人类越来越重视海洋能源的开发和利用,潮流能发电是目前应用较为广泛的一种海洋能开发利用技术,潮流能是一种可预测的再生资源,潮流能发电还具有无污染、周期性、不占用陆地面积等特点。我国具有较长的海岸线,潮流能蕴藏量非常大,加大对潮流能等海洋资源的利用,对我国发展中国特色社会主义道路有着重要的意义。潮流能发电就是将海水的动能转换成电能的过程,叶轮作为水平轴潮流能发电装置中的重要组成部分,它设计的成败关乎整个发电装置的效率和寿命。本文总结了国内外潮流能发电技术的现状及发展趋势,根据翼型理论和Schmitz理论,考虑叶轮的旋转损失,设计出潮流能发电叶片的数学模型。分别从剖面翼型的相对弯度和相对厚度,分析叶片的性能并优化截面翼型的攻角,通过叶片表面压力系数与空化系数间接比较方法来提高叶片的空化性能。运用MATLAB数学软件和XFOIL翼型分析软件,确定了叶片截面安装角及弦长这两个重要参数,利用点坐标的空间几何变换,把二维翼型坐标转换成叶片截面的空间坐标。通过PRO/E三维造型软件对叶片外形进行实体建模,并根据模型加工叶片。通过实验探究翼型弯度、厚度以及叶轮的实度对潮流能发电机效率和启动性能的影响。经过本文叶片的设计方法和实验研究,加深了对潮流能发电机叶片特性的认识,截面翼型的相对弯度越大、相对厚度越小,叶片的效率就越高;若是低流速和小尖速比,叶片发生空化现象的可行性非常小;叶轮的实度越大,叶尖速比就会降低,电机的启动能力越好。通过本文的研究,为课题组及其他的在潮流能领域相关研究者提供一定的理论参考。


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