偏心叶片式潮汐能发电装置的设计及其仿真.pdf

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1、第14卷第8期2014年3月科学技术与工程V01．14No．8Mar．20141671—1815(2014)08-0131—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．偏心叶片式潮汐能发电装置的设计及其仿真赵帅帅，陈成军'洪军董志强。(青岛理工大学机械工程学院，青岛266033；西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710054；青岛市机械工业总公司，青岛266071)摘要设计了一种新型的利用潮汐能发电的偏心叶片式潮汐能发电装置，介绍了该装置的基本组成，确定了叶片装置各部分的尺寸，完成了该潮汐能发电装置的结构设计，介绍了

2、装置的工作原理。建立潮汐能发电装置叶片的流体动力学模型，应用ANSYS软件进行流体力学分析，获得计算机模拟结果。结合流体力学理论、机械设计知识及ANSYS仿真结果，计算装置的功率与功率系数。通过理论推导，计算出该发电装置在来流速度为2．3、5、7m／s时，该发电装置的功率与功率系数。结果表明，来流速度为5m／s时，功率系数最大。关键词潮汐能发电装置仿真分析功率系数中图法分类号P743．3TV734．21O351．3；文献标志码A随着经济的不断发展，能源需求不断增大，不可直轴式发电装置，通过分析不同来流速度经过同一种再生能源大量被消耗，从而产生一系列的能源危机，叶片装置后流速的变化，根据推导的

3、数值计算方法，加之环境不断的恶化，开发新型、可再生的能源成为计算不同来流速度时该发电装置的功率与功率系数。世界各国当前必须解决的问题。地球上陆地面积占1装置的结构设计全球面积的30％左右，而海洋面积占到全球面积的70％之多，海洋中不仅蕴藏着丰富的天然气、石油1．1装置的具体结构方案等大量的不可再生资源，更储藏着潮汐能、波浪能该发电装置通过叶片装置捕获潮汐能转化为旋等绿色环保的海洋能源⋯。潮汐能是以势能与动转机械能，通过转轴连接传动轮，把获得的机械能转能形态出现的海洋能，它包括潮汐和潮流两种运动化为电能。如图1、图2所示，该发电装置主要由固方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴含着巨大的能定支架、固

4、定杆、转轴、传动轮、叶片装置、约束叶片量，这种能量用之不竭并且无污染。根据分析与计装置运动的叶片轨道组成。其中叶片装置包括成算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿kW以上，9O。夹角交替安装的两组叶片，每组叶片又包括中问2O世纪5O年代，欧、美一些国家以及中国最先开始的连接板、主叶片和两端的可伸缩叶片。研究并利用潮汐能发电。经过世界各国多年的每组叶片的连接板上有导向轴和导向块，导向研究，开发出了几种典型的潮汐能发电装置，如水平块安装在连接板中心轴线两侧的凹槽中，导向轴左轴式发电装置、竖直轴式发电装置、振荡式水翼发电右贯穿导向块，导向轴固定于连接板两端，导向块上装置。水平轴式发电装置是研究最为广

5、泛的潮汐能下两端与转轴连接，转轴下端与传动轮连接并固定发电装置，该装置尺寸比较大，主要用于大功率发于固定支架上。可伸缩叶片靠近叶片轨道的一端安电；竖直轴式发电装置的研究与应用还停留在模型装有滚轮，安装在各个可伸缩叶片上的滚轮受到叶样机的实验示范阶段，该类装置尺寸小，可以用于小片轨道的约束并在轨道上自由运动，叶片轨道的结功率发电，发展潜力巨大；振荡式水翼发电装置由水构为等半径环形体。1．2装置的工作过程翼振荡悬臂和液压发电装置组成，结构复杂，安装困该发电装置放置在海洋中，叶片在图1所示的难，成本很高。位置，海流方向垂直于第一、第二主叶片，第三、第四本文设计的偏心叶片式潮汐能发电装置属于竖主叶片

6、平行于海流方向。第一主叶片一端受到的转2013年9月10日收到海洋可再生能源专项资金矩大于第二主叶片一端受到的转矩，在总转矩作用(QDME2011GD02)、山东省优秀中青年科学家科研下，叶片逆时针转动。在转动过程中，第一、第二主奖励基金(BS2012Z2004)资助叶片不再与海流垂直，第三、第四主叶片不再与海流第一作者简介：赵帅帅(1989一)男，硕士研究生。研究方向：机械设方向平行。第一可伸缩叶片开始缓慢向第一主叶片计及其理论。E．mail：zhaoshuaishuail115@163．con。的中空槽中滑动，第二可伸缩叶片缓慢向第二主叶8期赵帅帅，等：偏心叶片式潮汐能发电装置的设计及其

7、仿真133／AC』／图4叶片处理想的海流流动因为叶片远前方和远后方没有受到叶片转动的图3叶片装置与叶片轨道示意图海流干扰，有P1=P4(13)海流带动叶片转动，确保了叶片组在任意位置都受式(10)、式(11)、式(12)、式(13)联立求解得到海流的冲击作用。海流的流向垂直于图1的第一=、第二主叶片方向，当叶片转动后，两组叶片在垂÷(一)(14)直于海流流向截面的投影面积如下所示由式(1)、式(14)可知：k