竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析硕士研究生：李炳强指导教师：马勇副教授学科、专业：船舶及海洋结构物设计制造论文主审人：耿敬教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析硕士研究生：李炳强指导教师：马勇副教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年01月04日论文答辩日期：2018年03月11日学位授予单位：哈尔滨工程大学Cla

2、ssifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.Eng.TheDesignandPerformanceAnalysisoftheSmei-submersibleTidalCurrentGeneratorwithVerticalAxisDualRotorsCandidate:LiBingqiangSupervisor:AssociateProfessorMaYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialt

3、y:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:January,2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文

4、不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部

5、内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析摘要潮流能作为一种海洋可再生能源，因为其具有清洁性、分布广、可预测性强的优点，近年来成为国内外广泛研究的热点。为了提高整体潮流能开发能力，以及推进商业化发展，大型潮流能开发是未来发展的趋势。然而

6、就目前的研究现状而言，基本都是以小型化利用为主，而对大型潮流能利用研究甚少。本文基于目前的研究成果，提出一种竖轴双转子半潜式潮流能发电装置的总体设计，可以实现潮流能的大型化利用。采用了计算流体力学CFD和三维势流理论相结合的方法，分析装置在复杂海洋环境载荷下的时域耦合运动响应。本文可为大型漂浮式潮流能装置的开发设计提供理论和方法支持。本文首先确定设计要求、设计海况及参考规范，根据经验公式确定满足600kW功率的水轮机主尺度，并采用新型悬臂式水轮机。接下来，根据水轮机主尺度选择合适的半潜式载体形式及主尺度，并确定合

7、适的系泊系统形式和布置方式。然后，基于计算流体力学CFD方法，研究振荡运动下水轮机的载荷大小。通过ICEM建立水轮机模型，使用CFX软件进行计算。分别模拟了单转子、双转子水轮机均匀流运动及单转子、双转子水轮机振荡运动下的受力对比分析及流场分析。特别是在振荡运动下的水轮机载荷，就不同的振荡频率、振荡幅值及速比进行了对比研究，得出的结果可直接用于装置的时域耦合计算。最后，基于三维势流理论，研究装置系统的水动力性能。通过三维频域势流理论对装置进行频域分析，求解载体的运动响应RAO、附加质量和辐射阻尼；根据具体的环境参数

8、分别计算风、流载荷；将水轮机CFD计算结果进行拟合，求解水轮机的水动力系数；对AQWA软件进行二次开发，将水轮机的附加质量、辐射阻尼以及实时变化的激励力加载到模型上，进行时域耦合计算，在四种典型工况下，其计算结果均表明该装置具有良好的性能，安全可靠。关键词：潮流能；双转子水轮机；载体；CFD；耦合分析I竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析ABSTRACTAsoce