翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证硕士研究生：谈松林指导教师：徐建安副教授学科、专业：机械工程论文主审人：曲东越副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证硕士研究生：谈松林指导教师：徐建安副教授学科、专业：机械工程论文主审人：曲东越副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

2、学位论文翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证硕士研究生：谈松林指导教师：徐建安学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalandExperimentalAnalysisofHydrofoilsshapeEffectsonTidalCurrentEnergyEx

3、tractingPerformanceforanOscillating-FoilHydroturbineCandidate:TanSonglinSupervisor:XuJiananAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUni

4、versity翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证摘要由于仿生振荡翼水轮机相对传统水轮机而言具有对流场速度要求低、噪音小、效率高等优势，本文将开展以模仿水中生物运动为原型的振荡翼式潮流能获取技术探索。在分析振荡水翼运动学及水动力学模型基础上，分别对湍流环境下不同翼形水翼潮流能获取效率及振荡水翼运动参数特征规律进行分析，探索振荡水翼翼面附着涡与翼面压力分布的涡翼耦合效应对潮流能获取效率影响机理。研制振荡水翼式潮流能获取实验装置，在循环水槽内开展振荡水翼运动参数、水翼翼形参数对水轮机潮

5、流能获取功率和效率影响的实验验证，为开展高效率和环境友好的潮流能开发新技术提供理论和技术支撑。（1）以国内外对振荡水翼潮流能能量获取技术研究现状为基础，分析水翼运动特征及其翼形几何参数，并结合水翼水动力性能，建立二维振荡水翼运动模型。确定水翼运动规律及各关键水动力学参数间关系，给出衡量水翼能量获取能力的功率、效率等参数，完成对振荡翼潮流能水轮机方案设计。（2）研制多用途振荡翼潮流能水轮机，以最优化设计方法获得升沉与俯仰曲柄摇杆机构各杆长并验证机构运行轨迹正确性，进一步设计各传动件具体结构，利用标准铝

6、型材搭建框架式机架，对关键零部件做强度刚度分析。设计频率控制单元以控制水翼运行在不同振荡频率下。设计信号采集单元，采集水轮机能量获取功率。通过对装置的设计，加工与安装调试，获得振荡翼潮流能水轮机。（3）以Fluent流体力学分析软件为基础，探究振荡水翼翼形变化对流场能量获取性能影响规律，分析不同翼形水翼运动特征规律，探究振荡水翼翼面附着涡与翼面压力系数分布间关系，量化翼面附着涡强度值。通过研究振荡水翼流场能量获取性能与运动参数关系，水翼翼形变化对流场能量获取性能影响，揭示湍流环境下矩形水翼及NACA

7、翼形水翼运动形成涡的动态行为对流场能量获取性能影响机理，总结影响振荡水翼流场能量获取性能的运动参数特征规律和翼形变化特征规律。（4）以自主研制的振荡翼水轮机为基础，在循环水槽完成实验平台搭建，先后对矩形翼及NACA翼形进行了固定流速下不同振荡频率能量获取效率实验与不同流速下最大功率随流速变化实验，以及无翼状态下机械损失估计实验。通过实验结果、去除机械损失结果及仿真结果间对比分析与误差分析，完成振荡水翼运动参数、翼形变化对流场能量获取性能影响实验验证，检验相关分析、计算结果合理性和正确性。关键词：不同

8、翼形；振荡水翼；潮流能；能量获取；数值仿真；实验验证翼形对振荡翼水轮机潮流能获取性能影响数值分析及实验验证ABSTRACTAnoveltidalcurrentenergyextractingtechnologywithoscillatinghydrofoilthatimitatingthefoil/tailoftheaquaticanimalsisexplored,consideringthebionicoscillatinghydrofoilhydroturbine