潮流能自由变偏角水轮机自启动特性分析

垂直轴水轮机的启动特性是潮流能发电技术的关键问题之一.根据模型试验技术,测量潮流能自由变偏角水轮机转速和转矩在启动过程中的变化规律.基于黏性CFD数值模拟方法,监测该水轮机水动力转矩、负载转矩、叶片偏角、叶片切向力等参数在启动过程中的变化规律.通过分析上述运动参数与动力参数之间的相互作用探讨该水轮机启动特性.研究结果表明:自由变偏角水轮机由于能够迅速调整叶片偏角,因此可以改善水轮机启动过程的总体水动力性能;转矩-速比特性决定该水轮机启动过程经历起步、加速和渐进稳定3个阶段;当发生超载或者受到波浪影响时,水轮机将从渐进稳定段进入不能稳定运行的加速段,继而发生快速停机现象.     

并排水平轴潮流能水轮机组水动力特性研究

基于FLOW-3D软件平台建立三维水动力计算模型,研究水轮机横向间距、相对安装高度和来流速度对二台并排布置的水平轴潮流能水轮机组的水动力特性的影响。结果表明:随着横向间距的增大,水轮机组受到的与来流方向相同的最大水流作用力有一定减小,最大降幅达6.62%,尾流场中水流加速区域的最大流速也略有减小,最大降幅约1.21%;水轮机组相对安装高度和来流速度的改变,对其飞逸转速、最大水流作用力以及尾流场有显著影响。     

水轮机利用潮流能发电技术

潮流能是一种海洋可再生清洁能源，与潮汐的涨落相伴。我国可开发潮流能质量居世界之首，资源开发前景广阔。     

基于遗传算法的潮流能水轮机翼型优化设计

为了获得满足潮流能水轮机设计要求的专用翼型,基于遗传算法建立了水轮机翼型优化设计模型,该模型综合考虑了升力系数、阻力系数、升阻比和压力系数等因素,采用XFOIL评估翼型的水动力性能,对几种典型设计要求情况下的水轮机翼型进行了优化设计.数值结果表明,该模型能够根据不同的设计要求获得相对应的水轮机翼型,不仅可以改善翼型的水动力系数,还能够避免翼型空化现象的产生.在最小化压力系数情况下,最大厚度位置更靠近翼型后缘,而最大化升力系数情况下则更靠近翼型前缘.为了达到指定的设计目标,需要考虑多个攻角下的升力系数或压力系数.     

波流共同作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性

通过开展物理模型试验,探究波流共同作用下水平轴潮流能水轮机尾流场的流速变化和紊动特性。结果表明:相比于纯流工况,波浪的存在有利于支撑结构后方水流的速度恢复,但会使水轮机叶片旋转水域后方近尾流的速度损失更大,远尾流的速度恢复更慢;水轮机下游流速会随波高和周期的增加而增大;波流共同作用工况下的湍流强度整体高于纯流工况;湍流强度随波浪周期的增大而减小,随波高的增大而变大。     

水平轴潮流能水轮机空化特性研究

采用CFD(计算流体力学)数值模拟的方法,对水平轴潮流能水轮机的空化特性进行研究.重点讨论叶片空化的特性和对水轮机水动力性能的影响,得出不同空化数下叶片空化程度和位置及对水动力性能的损耗.在相同空化数下,分别研究来流速度及叶轮旋转角速度对叶片空化情况的影响,得出不同工况下叶片的空化区域,针对空化区域的不同研究水动力性能的降低程度.结果表明:叶片的空化程度及区域不仅和空化数有关,还受到叶尖速比的影响;空化的发生并不一定会严重影响水轮机的水动力性能,空化对水动力性能的影响关键在于空化发生的区域,只有当空化数低于一定数值,叶片中段发生空化时,才会大幅影响水动力性能.     

艏摇对立轴潮流能水轮机的水动力性能影响

为研究艏摇对立轴水轮机的水动力性能影响,采用ANSYS-CFX软件对2叶片立轴水轮机艏摇运行进行模拟分析.同时还对不同频率、不同速比下的推力系数和侧向力系数时历曲线进行分析,并采用最小二乘法拟合分析水轮机的载荷影响,结果表明:与在均匀流中仅做旋转运动的水轮机相比,艏摇运动不会影响水轮机的能量利用率,但是对推力和侧向力的瞬时波动幅值影响较大,速比和艏摇频率越大,瞬时值波动幅度越大;推力和侧向力的阻尼系数与艏摇频率无关,与速比有关,速比越大,阻尼系数越大.     

往复流作用下潮流能水轮机单桩基础冲刷试验

为研究往复流作用下潮流能水轮机单桩基础局部冲刷演变机制,在水槽中开展物理模型试验,探讨了水流强度对潮流能水轮机单桩基础冲刷过程的影响规律,并与仅单桩工况进行了对比.试验结果表明:往复流作用下,潮流能水轮机单桩基础冲刷过程具有显著的周期性震荡、逐步提高的特点;叶轮的存在加快了基础冲刷过程,增加了最大冲刷深度;最大冲刷深度...     

舟山潮流能示范工程水轮机组选址与阵列优化

通过OpenTidalFarm开源代码建立浙江舟山潮流能示范工程海域的水动力数值模型,结合实测数据对其进行验证。模型中通过增加局部底摩擦的方法概化了潮流能水轮机对水动力环境的影响,利用迭代算法快速优化水轮机阵列。结果表明,阵列优化后的舟山潮流能示范工程水轮机组提取的潮流能比其初始布局时提高了15.2%,说明水轮机布局对潮流能提取量有很大的影响。     

水平轴潮流能水轮机耦合运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴水轮机的水动力特性发生变化,采用滑移网格技术对无界均匀来流中水轮机发生横摇和纵摇耦合运动时的三维水动力特性进行研究.结果表明:水轮机轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,且横摇和纵摇耦合运动时轴向载荷及能量利用率的计算结果与只发生纵摇运动的计算结果基本相同;横摇和纵摇耦合运动时横摇力矩计算值的波动幅值比只发生横摇运动时的大;横摇和纵摇耦合运动时纵摇力矩的计算值与只发生纵摇运动时的计算值存在差异,横摇频率越大,差异越明显.研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机的结构设计及电能控制等提供相关数据.     

矩形断面巷道的稳定性判别

为了研究矩形断面巷道的稳定性,采用强度折减法,运用有限元软件ADINA,对不同断面特征的模型进行仿真模拟分析。结果表明:矩形围岩切向应力分布与圆形断面类似,但最大切向应力并不在开挖面,而在围岩某一深度处;同面积而不同高跨比的矩形断面的安全系数很接近,当侧压力系数不同时总会有一个最大高跨比安全系数,该高跨比值在1附近;不同面积而相同高跨比,安全系数随着面积的增加越来越小。据此方法可确定矩形断面最佳高跨比。     

烟台外海潮波的特征

在烟台外海,潮汐属于正规半日潮性质,而潮流属于日潮流性质.用数值模拟和实测潮流分析两种方法研究了该特征并解释造成这一现象的原因:在烟台外海M2分潮具有驻波振动,存在着M2分潮流的辐聚、辐散现象,因而该海域M2分潮流很小.该海域日分潮流没有辐聚、辐散现象,因而日分潮流相对较强,从而造成了该海域的潮汐、潮流性质相异的特殊现象.     

Study and innovation of a flexible blade turbine, a new type of tidal current generating device

Utilization of tidal current is becoming a focus of marine energy research and development field. In this paper, a new type of tidal current power generating device which called flexible blade turbine was put forward. A scale model testing was carried out, and results show that the models performed as expected with good hydrodynamic characteristics. Based on analysis of the results, a scale model turbine with a rated power of 5kW was constructed, which was an optimal scheme of the flexible blade turbine having higher coefficient of power and power generation capacity. Sea trials were carried out in the Zhaitang Island channel to evaluate the performance of the turbine. Results show that the turbine performed well, generating the power predicted. Key words: tidal current; flexible blade turbine; coefficient of power; sea trials     

潮流能水轮机阵列水动力与布局优化研究进展

概述了潮流能水轮机阵列的水动力特性,总结了不同横向、纵向间距下水轮机尾流变化的一般规律,梳理了水轮机阵列布局的优化方法,从人工传统优化阵列布局与计算机自动优化阵列布局两方面回顾了水轮机阵列单目标优化与多目标优化的研究进展。人工传统布局结构简单且易于操作,有比较强的工程实践性,但物理试验可限制的约束条件有限,难以模拟阵列在真实海况下的发电情况;自动优化布局相比于人工传统布局更具有现实意义,但依然面临经济模块因素缺乏、多目标内容待完善、理论与实践未统一、前期准备时间较长等诸多挑战。     

二维潮流数值计算的一种显式模式

提出一种数值求解二维潮流的任意多边形单元显式计算模式，便于模拟计算具有复杂地形和边界条件的潮流场问题，由算例的计算表明，本方法具有稳定性好，计算精度高，程序编制简单等优点。     

基于势流理论的浮式潮流能电站载体耐波性分析

基于三维势流理论,考虑水轮机对载体的影响,运用Hydrostar计算评估某浮式潮流电站载体的耐波陛．并结合潮流电站工作当地极限海况,对该载体的耐波性进行短期预报．计算结果表明,该潮流电站浮式载体横浪状态下横摇响应大;在迎浪状态下,潮流电站浮式载体最容易甲板上浪．     

蜗壳截面尺寸对气动性能影响研究

针对压缩空气储能系统中某闭式向心涡轮,设计不同截面尺寸的矩形截面有叶蜗壳,采用CFD(computational fluiddynamies)方法对带蜗壳的向心涡轮进行整级全周数值计算,研究蜗壳截面尺寸对向心涡轮性能的影响.结果表明,当蜗壳无量纲气动尺寸S1小于0.2时,随着S1的增加向心涡轮性能得到提高并且性能提高的速率逐渐减小;当S1大于0.2后,随着S1的增大向心涡轮的性能保持不变或者略有下降;与所研究用向心涡轮相匹配的蜗壳最优无量纲气动尺寸接近0.2,而蜗壳截面宽度B的变化对向心涡轮性能没有明显影响.通过对向心涡轮压力损失及内部流场的详细对比分析,揭示了S1及B对向心涡轮影响的机理,为向心涡轮的设计和优化提供一定的参考.