水平轴海流能水轮机叶片结构设计研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150650727上海海洋大学硕士学位论文水平轴海流能水轮机叶片结构设计题目：研究DesignAndResearchOfThe英文题目：HorizontalAxialOceanCurrentTurbineBladeStructure专业：机械工程研究方向：海洋能源开发与利用姓名：吴帅桥指导教师：王世明二O一八年五月二十二日上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行

2、研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等

3、复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注主席委员委员委员委员委员委员秘书答辩地点答辩日期上海海洋大学硕士学位论文水平轴海流能水轮机叶片结构设计研究摘要随着化石、煤炭等传统能源日益减少，环境污染及全球变暖问题日益突出，清洁、可再生能源将会占据能源界主导地位。海流能是一种以海水动能形式存在的可再生能源，目前已成为世界可再

4、生能源发展重要研究对象。水轮机是将海流能转化为旋转机械能的一种机械装置，目前世界范围内大多数水轮机只可单向运行，而潮流、潮汐运动是双向的，所以可双向运行水轮机能够增加海流能利用率。叶片是水轮机关键部件，其性能直接影响水轮机性能。翼型是叶片剖面形状，本文通过设计翼型形状来实现双向运行水轮机叶片设计。本文最后进行了水槽实验，验证双向运行水轮机可行性。本文主要内容如下：（1）根据所收集的文献资料，介绍海洋能源分类及国内外水轮机发展状况，阐述水轮机叶片设计理论。以NACA4408翼型绕流为例，分析翼型边界层

5、分离原因，以NACA6408绕流为例，分析翼型边界层分离后流场流体速度流线变化特点与压力变化特点。（2）选择三种不同弯度的NACA翼型做为基本翼型，通过反向对接法形成三种对称翼型，对三种对称翼型流场进行数值仿真，求出对称翼型升力系数、阻力系数和升阻比，分析对称翼型水动力特性受NACA翼型弯度影响程度。以其中一种对称翼型为例，分析对称翼型在不同攻角下流体速度流线分布特点。结果表明，对称翼型上翼面前部拱形和下翼面后部拱形可使对称翼型产生升力，因此对称翼型可以应用于双向水轮机叶片的设计。（3）选取对称翼型

6、作为叶片翼型，基于wilson修正模型，运用MATLAB中的Fmincon函数求解出了叶片截面翼型弦长l和扭角，并使用Solidworks软件对叶片进行了三维建模。运用ANSYS中Fluent模块对水轮机进行流场数值仿真，分析叶片之间流体速度流线分布特I上海海洋大学硕士学位论文点。分析结果表明，本文设计的叶片能够使水轮机在流体中稳定运行。使用ANSYS中StaticStructural模块对叶片进行流固耦合仿真，在不同流速下对比水轮机叶片变形特点与应力分布特点。分析结果表明，流体流速在0.5m/s

7、~1.8m/s之间时，叶片最大变形和强度符合工程应用要求（4）对海流发电装置进行了总体设计，并且为提高水流流速，在水轮机外部加装导流罩装置。为考察水轮机实际工作效果，对水轮机进行了水槽实验，测出水轮机在不同流速下输出功率与获能效率。由实验数据可知，水流流速1.8m/s时，水轮机输出功率达到额定功率40W，获能效率达到最大值24.3%。实验表明，本文设计的叶片可使水轮机双向工作，并且水轮机正向运行时能量转化率和反向运行时能量转化率相同。关键词：水轮机，翼型，CFD数值仿真，绕流分析，流固耦合II上海海

8、洋大学硕士学位论文DesignAndResearchOfTheHorizontalAxialOceanCurrentTurbineBladeStructureABSTRACTAstraditionalenergy,suchasfossilsandcoal,decreasingandenvironmentalpollutionbecomingmoreandmoreserious,cleanandrenewableenergywilloccupytheleadingpos