水下航行器海流发电装置叶轮的数值仿真.pdf

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1、第47卷第8期上海交通大学学报Vo1．47NO．820I3年8月J()URNAIOFSHANGHAIJlA()T()NGUNIVERSITYAug．2013文章编号：1006—2467(2013)081306—06+1317水下航行器海流发电装置叶轮的数值仿真田文龙，宋保维，毛昭勇(西北工业大学航海学院，西安710072)摘要：针对水下航行器航行过程中的能源补给问题，设计了一种用于水下航行器的垂直轴海流发电装置．为探索稳定海流中发电装置叶轮的受力特性和功率输出特性。利用滑移网格技术对叶轮流场进行了二维非定常数值仿真。结果与实验数据较为吻合．针对4叶

2、片和3叶片叶轮分析了叶轮旋转速度叫和叶片翻转角对叶轮发电性能的影响，结果表明，3叶片叶轮最大输出功率要高于4叶片叶轮，展长为1m的3叶片叶轮在一1m／s、=120。和一0．3rad／s时获得最大平均输出功率29．33w．分析了3叶片叶轮在来流u、—lm／S下速度场的基本特点，为实际的设计安装工作提供了预测和指导．关键词：水下航行器；海流发电装置；计算流体力学；滑移网格中图分类号：TJ630．2文献标志码：ANumericalAnalysisofaWaterTurbineforUnderwaterVehiclesTjANWenlong，SONGBao

3、—wei，MA0Zhao—yong(SchoolofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity。Xi’an710072，China)Abstract：Inthispaper，averticalaxiswaterturbine(VAWT)wasdevelopedtosupplyenergyforunder—watervehicles．2-Dtransientnumericalstudieswereconductedtodeterminetheoperatingperformanceand

4、poweroutputoftheturbine．ARNG￡turbulencemodelwasusedtoperformthetransientsimulations．Forboththefour—bladedturbineandthree—bladedturbine，theinfluenceofbladepitchangleontheturbineperformancewasinvestigatedoverarangeofrotorrotationvelocity．Itwasfoundthatthethree—bladedturbineshowe

5、dalargerpoweroutputthanthefour—bladedturbine．Forathree—bladedturbine，amaximumaveragedpowerof29．33Wwasgeneratedwhen：1m／s，一120。and一0．3rad／s．Contoursofthevelocityfieldofathree—bladedturbineunderaninflowvelocityof1m／swerealsoanalyzed，providinghelpfulreferenceforthefuturedesignoftu

6、rbines．Keywords：underwatervehicle；waterturbine；computationalfluiddynamics；movingmesh现有水下航行器大多依靠机载电池供电，能源而，温差能密度较低，航行器为获取足够能量，必须是限制水下航行器作业范围的一个重要因素．国内穿越不同等温层，在纵平面内完成连续的锯齿运外有学者提出利用温差能和太阳能。为水下航行动⋯，不能满足水下定点监测、定深航行等任务；而器供电的方案，以提高水下航行器的航程和航时．然太阳能随天气变化波动较大，且航行器为捕获太阳收稿Et期：2012-0625基金项

7、目：国家自然科学基金资助项目(5l179159)作者简介：田文龙(1988一)，男，陕西省咸阳市人，博士生，研究方向为水下航行器总体设计技术宋保维(联系人)，男，教授，博士生导师．E—mail：nostic@{oxmail．con1．第8期田文龙，等：水下航行器海流发电装置叶轮的数值仿真能，必须上浮至海面，故被风浪损毁的可能性较大．海流能是海水平稳且有规律地流动的动能，针对水下航行器能源补给问题，海流能与温差能和太阳能相比有如下明显优势：(1)有规律可预测，几乎不受天气的影响；子(2)能量密度大；(3)发电装置置于海面下，受风浪影响小．根据叶轮轴线

8、与海流方向的位置，海流发电装置分为水平轴式叶轮和垂直轴式叶轮．垂直轴式(a)机构展开示意图叶轮轴线与来流方向垂直，由于其不