轴流悬浮式潮流能水轮机流固耦合研究

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3、士学位论文轴流悬浮式潮流能水轮机流固耦合研究作者姓名：刘羽指导教师：陈正寿教授学位类别：工学硕士学科专业：船舶与海洋工程学位授予单位：浙江海洋学院论文答辩日期：2015年12月18日ADissertationforMaster’sDegreeSubmittedtoZhejiangOceanUniversityFluidStructureInteractionStudyonSuspendingAxial-FlowTidalCurrentTurbineCandidate:：LiuYuSupervisor：ChenZhengshouSpeciality：NavalArchitecturea

4、ndOceanEngineeringDateOfSubmission：18th,Dec.2015摘要摘要随着社会与经济快速发展，全球对能源的需求量急剧增长。由于传统化石能源的过度消耗以及由此产生的环境污染问题也越来越严重，世界上许多国家开始对可再生能源如海洋能等相关能源进行研究与应用开发。其中潮流能以其可预测性、能量密度高且流速平稳等优点逐渐成为人们的关注热点。本文提出一种新型悬浮式轴流潮流能水轮机结构，对其尺寸大小进行初步设计，将商业软件ANSYSWorkbench和ANSYSCFX相结合，对叶轮及水轮机整体进行流-固耦合分析。具体内容分为以下几方面：首先，根据有关理论及实际工况，

5、进行水平轴潮流能发电装置的方案设计，利用三维设计软件CATIA建立了整机结构的三维模型，包括叶片以及导流罩的外型设计。采用CFD数值仿真方法分别对单个叶轮、两轴间距为1.8倍叶轮直径的平行布置双转子水轮机模型进行水动力性能分析。基于前期研究成果建立实验样机，进行了物理模型实验，通过实验与数值仿真结果的对比验证了数值仿真方法的有效性。其次，对基于数值模拟的流固耦合方法进行了详细的介绍，引入了单向流固耦合与双向流固耦合的概念。采用两种流固耦合方法，对在不同工况下悬浮式潮流能水轮机和单叶轮的静应力进行了计算。最后，对单叶轮结构进行湿模态分析，得到水介质中叶轮的固有频率与振型。基于模态分析结

6、果对叶轮结构进行谐响应分析，验证其是否能够承受由结构共振所引起的动态结构应力；对叶轮结构进行瞬态响应分析，从时域角度分析叶片在水流激振力作用下表面危险点处的振动分布规律。关键词：潮流能水轮机；流固耦合；物理模型实验；湿模态分析；瞬态响应分析IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsocietyandeconomic,globalenergydemandhasbeengrowingrapidly.Astheexcessiveconsumptionoftraditionalfossilenergyandtheresultingenvironme

7、ntalpollutionproblemisbecomingmoreandmoreserious,manycountriesintheworldbegintodotheresearchandapplicationdevelopmentontherenewableenergysources,suchasoceanenergyandotherrelatedenergy.Amongthem,tidalcurrentenergywhichispredictable