锚定式双导管潮流能发电装置理论的研究和试验

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1、国内图书分类号：TP249学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文锚定式双导管潮流能发电装置理论研究与试验硕士研究生：史为超导师：王大政教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2013年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP249U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONONMOORINGTIDALCURRENTENERGYCONVERSIONSY

2、STEMWITHDOUBLEDUCTEDTURBINESCandidate：WeichaoShiSupervisor：Prof.DazhengWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitecture&OceanEngineeringDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业

3、大学工学硕士学位论文摘要随着化石能源的日益枯竭，储量丰富的海洋可再生能源越来越成为当今世界所关注的对象。我国也在积极支持海洋能装置的研发与实验工作，各种开发利用装置层出不穷。本论文是受“锚定式双导管涡轮潮流发电系统研究”项目资助进行，研究适合浮体搭载的导管涡轮潮流能发电装置。首先，本文基于计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，即CFD）软件对单纯潮流能涡轮进行水动力学模拟。模拟分别针对使用S814翼型设计的涡轮和使用双向BDA翼型设计的涡轮进行了CFD分析，并同实验结果进行比对。分析认为CFX软件能够准确的预测潮流能涡轮的水动力性能，但是当叶片

4、周围产生大涡分离时，CFD预测结果是不准确的。接下来，本文针对导管对周围速度场的影响进行了分析和讨论。重点分析了:前置导管和后置导管的作用机理、导管几何特征对导管内部流速的影响以及导管和涡轮相互作用对导管内部流场的影响。CFD模拟结果显示薄壁后置导管对导管内部流速有较好的加速效果。为得到最优的导管几何外形，本文使用ANSYS-Workbench和ANSYS-CFX软件进行导管几何外形的优化设计。优化导管几何外形设计使导管体积最小、喉部流速最高、轴向阻力最小。对优化的导管使用作用盘模型预测导管涡轮功率系数Cp约为0.82。然后，CFD按照实验条件下的导管涡轮发电情况进行模拟，

5、模拟结果认为当导管涡轮叶片处于+5°扭转角时，导管涡轮的发电效率最大可达到65%左右。但是，在模拟中由于导管涡轮相互作用，导管涡轮尾部均产生大涡分离的现象，因此CFD计算只能提供部分参考作用。通过在循环水槽实验室进行导管涡轮模型试验，真实测量出了导管涡轮的发电效率和轴向阻力。实验通过发电机测量涡轮的发电效率，六分力仪测量装置的轴向阻力。结果表明：当涡轮叶片处于+5°扭转角、尖速比为6.6时，导管涡轮发电效率达到最高的74%，此时导管涡轮的轴向阻力较低约为85N，阻力系数CT/10约为0.265。关键词：潮流能；导管涡轮；计算流体力学；水动力性能I哈尔滨工业大学工学硕士学位论

6、文AbstractWiththeincreasingdepletionoffossilenergy,marinerenewableenergyhasbecomethefocusoftheworld’sattentiongradually.NowadaysChinaalsoactivelysupportsresearchandexperimentsonoceanenergydevices.Withinthisframework,variousmarineenergydevelopmentandutilizationdevicesemergeendlessly.Thisdiss

7、ertationissupportedbyoneofprojects,MooringTidalCurrentEnergyConversionSystemwithDoubleDuctedTurbines,todevelopasuitableductedturbineforthefloatingsystem.First,thispaperinvestigatesappropriatemethodologiesandapproachestosimulatethehydrodynamicperformanceofbaret