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水平轴海流能发电机械水动力性能的研究

辛小鹏  
【摘要】:水平轴海流机是海流能发电机械的一种重要形式,目前还处于初期的研究阶段。本文首先采用线涡流函数面元法预测了海流机翼剖面的水动力特性,并结合叶素动量法对海流机水动力进行了校核;然后采用三维粘性流场数值计算方法预测了海流机单转子、串列布置双转子的水动力性能;研究了海底边界层速度分布、波浪对海流机水动力性能的影响;最后分析了海流机的空化性能。 对计算结果分析发现:线涡流函数面元法可以有效预测海流机翼剖面的水动力特性,结合叶素动量法可以对海流机性能进行初步的校核;对单转子海流机性能的预测发现,LES模型和SA模型都能够较好地预测海流机在设计工况下的水动力性能;对于本文中所研究的串列布置的双转子海流机,间距对水动力特性的影响较大,而初始相位角对水动力特性的影响较小,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,其间距需达到30倍的叶轮直径以上;海底边界层会引起海流机水动力特性周期性的变化,其频率特性与转动频率一致;波浪也会引起海流机周水动力特性期性的变化,其频率主要受波浪频率的影响,同时也受到转动频率的影响;数值预测的海流机的初生空化数为0.84与实验初生空化数接近,而且空泡的形态也与实验结果一致。 本文所发现的有关海流机水动力特性的规律,为海流机的优化设计和安全运行提供了新思路;采用三维粘性流场数值计算方法来预测海流机的性能,为海流机发电的进一步研究提供了参考。


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