低流速潮流能捕能桨叶动力优化设计

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1、10109分类号：TT7学校代号:密级••公开硕士学位论文THESISOFMASTERDEGREE(学术型）低流速潮流能捕能桨叶论文题目:动力优化设计___________研翅生名:徐震洲_________________指导教师：郑堤教授______________学科专业：机械电子工程学习年限：2012年9月一201.5年7月论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体己经发表或撰写的研宄成果。对本研宄所做的任何贡献的个人或集体均己在论文中作了明确的说明

2、并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：像K洲日期:maa分类号：TK7学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（学术型）学位论文题目：低流速潮流能捕能桨叶动力优化设计研究生姓名：徐震洲导师姓名及职称：郑堤教授培养单位：机械工程学院学科专业：机械电子工程论文提交日期：2015年4月1日论文答辩日期：2015年5月19日答辩委员会主席：孟文俊教授中文摘要在20世纪，以石油为主的化石能源推动了人类社会文明的高速发展。但随着人口膨胀和对地球资源不加节制的过度开发，能源供应日益紧张。同时，大量化石能源的使用带来的环境污染问题也越来越严

3、重。人类必须阻止问题的进一步恶化，推广绿色可再生能源的使用。在走可持续发展道路和发展低碳经济成为全球各国共识的今天，开发利用新能源成为新的经济增长点。而中国是一个人口众多，人均能源拥有量很低的国家。开发和利用新能源势在必行。高效利用潮流能发电能极大缓解人均能源不足的问题。在水平轴潮流能发电装置部件中，桨叶作为能量捕获的部分，其重要性不言而喻。桨叶的设计直接关系到装置的发电效率的高低。而我国沿海大部分水道的海水流速较低，优化在低流速条件下水平轴潮流能发电桨叶的设计势在必行。传统桨叶设计是直接套用风力发电装置，利用的是流体经过桨叶产生升力。翼型周围存在绕流，其外表

4、面上的流体流速是不同的，致使下表面压力较上表面大，即产生一个方向垂直来流合速度的升力。而其分量即是所要捕获的动力。但用在低流速近海的条件下是行不通的。压差升力的大小与流速的平方成正比；随着来流速度的减小，使桨叶的捕能效率急剧下降。本文提出一种桨叶设计方法，不同于传统的按风力发电设计潮流能发电桨叶的方法。由于桨叶的作用，水流通过桨叶时速度会发生分解。使桨叶转动的作用来自于方向垂直于出流速度的海水对桨叶的冲击，基于叶素理论，分析桨叶受到的冲击力，建立动力学模型。在能量捕获效率最大的条件下，运用非线性优化方法求得桨叶设计参数，由此可得到桨叶外形。本文设计制作了两种潮

5、流能发电桨叶，一种是按捕获冲击动力进行设计，另一种是按捕获压差动力进行设计，详细分析了两种桨叶的弦长与桨距角的差别，并且实际加工了两种桨叶。通过设计的桨叶测试系统进行试验，对优化后桨叶和未优化桨叶的实验数据进行分析对比，证明按捕获冲击动力进行设计的桨叶在低流速条件下能获得更大的功率。证明了此优化设计方法的可行性和有效性。关键词：低流速；能量捕获；水平轴；压差与冲击作用；桨叶设计参数。IABSTRACTIn20thcentury,fossilenergyrepresentedbyoilhaspushedtherapiddevelopmentofhumansoci

6、alcivilization.However,withpopulationexplosionandtheexcessiveexploitationofearthresources,energyisincreasinglyinshortsupply.Meanwhile,theuseoffossilresourceshasalsocausedincreasinglyseriousenvironmentpollution。Humanmustdosomethingtopreventitfromdeterioratingandpromoterenewableenergy

7、sources.Assustainabledevelopmentandlow-carboneconomyhasbecomeaglobalconsensus,developingandutilizingnewenergyresourceshasbecomeaneweconomicgrowthpoint.However,chinaisacountryoflargepopulationandscarceresources.Itisimperativetodevelopandutilizenewenergyresourcesinthiscountry.Theutili

8、zationoftidalpowerg