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偏流作用下海流能转换器的技术研究

王立  
【摘要】:国际性的能源危机和持续环境恶化使各国纷纷加大对清洁能源的开发力度。海流能是海洋能中最易获得、最具灵活性的一种清洁可再生能源。利用海流能技术发电,不仅有利于改善能源结构,降低化石能源消耗带来的环境污染和气候变化问题,而且无需建造堤坝和水库,投资运行费用小。 首先,本文在以大量的国内外文献查阅和调研的基础上,论述了海流能发电的前景及海流能发电装置的国内外研究进展,并指出海流能的应用存在着来流方向具有不确定性。目前,国内外对海流能发电装置的研究主要集中在涡轮机叶片翼型的几何参数对转速的影响,而针对如何纠正来流偏流和提高输入涡轮机的海流流速,国内外研究的比较少。同时当来流与叶片翼型的夹角达到一定角度时,就会出现失速现象,目前还没有可靠的理论预测其失速角,这样就使得在来流偏流的情况下,有可能出现失速现象,使输入涡轮机的动能减小,输出功率降低等现象,最后提出了本课题的研究意义和研究内容。其次,本文详细的介绍了浙江工业大学水力学实验室所设计的海流能转换器实验装置,其中包括钢制涡轮机单向叶片、尼龙PA12单双向叶片、增速管和文丘里管等。接着,对尼龙PA12涡轮机叶片在自由流和有压流情形下的转速与流速的关系以及涡轮机叶片的空化特性进行了实验研究,并对不同面积比、不同管长增速管和文丘里管在不同流速情形下对来流偏流的纠正作用进行了系统的实验研究与分析。最后,利用商用CFD模拟软件FLUENT对海流能转换器叶片翼型在来流攻角从-4o~20o情形下的水动力特性进行了相应的数值模拟计算,得到翼型周围流场的速度分布、压力分布、翼型的失速特性以及水动力特性与攻角α的关系,可供设计高效的海流能转换器叶片时参考。本文的研究成果可在海流能发电中广泛应用,为低速海流能的开发利用提供更广阔的前景。


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