利用海流发电的新型伞锚研究

为了使远洋船舶在停泊时更加高效地运用所处位置的海流能量,本文提出设计了一种具有海流发电功能的新型船用发电装置,以实现船舶节能。该装置主要由伞锚和安装在伞锚中心的海流能发电装置构成。伞锚可以把流速较低的海流汇聚在一起得到高能量密度的海流。这些海流冲击水轮机,进而带动发电机运行,实现高效发电。     

浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究

浪流共存环境中的潮流能水轮机性能研究旨在为准确地估计潮流能发电装置的生存性及获能效率等重要指标提供依据。论文基于模型试验的方法,采用发电功率为1k W的水平轴水轮机模型,在不同叶尖浸没水深条件下,研究规则波以及极限波作用下的水轮机特性,揭示其功率与载荷的变化规律。研究结果可为潮流电站设计提供依据以及为数值方法的有效性验证提供数据。     

利用大海的"血液"循环发电

对海流能的研究和利用,人类从很早以前就开始了。如远洋海轮顺着海流的方向航行,借助海流的动能,可以大大缩短航期。但应用海流发电的研究,则是近十几年才开始的。 海流发电是依靠海流的冲击力使水轮机旋转,然后再带动发电机发电。目前,海流发电站通常浮在海面上,用钢索和锚加以固定。     

悬浮式潮流能发电装置的设计

潮流能发电是海洋能利用的一种形式,即直接利用涨落潮水的水流冲击水轮机叶片从而带动电机进行发电。本文以现有研究成果为参考,开发一种全新结构的悬浮式潮流能发电装置。该悬浮式潮流能发电装置可以根据潮流的流向自动调整其在海水中的姿态,使得水轮机叶片旋转平面总与潮流方向垂直,从而提高了发电效率;同时,通过对压载水舱的压力控制实现发电装置漂浮与悬浮的姿态调整,这有利于机组的运输与维护,以节省成本。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

带缆水下机器人转首控制及水动力分析

将缆绳模型与6自由度模型耦合,构建带缆水下机器人数学模型,并通过重叠网格和滑移网格技术模拟机器人的运动和导管螺旋桨的旋转运动。在不同海流作用下对受导管螺旋桨控制的带缆水下机器人转首运动、导管螺旋桨推力特性与海流速度的关系、缆绳受力和机器人水动力性能等进行了分析。数值模拟结果表明,在低海流速度下,带缆水下机器人在导管螺旋桨控制下能完成转首运动,导管螺旋桨的推力会受到海流速度和机器人姿态显著的影响;海流速度对机器人水动力载荷和缆绳的合力也有显著的影响。     

遗传算法和PID控制相结合的船舶水轮机调速系统设计

船舶水轮机发电装置的功率与轮机转速等因素有关,为了满足水轮机的发电质量,调节发电机输出功率与负载之间的动态平衡,必须要对水轮机的转速进行调节。本文分析PID控制算法和遗传算法的原理,基于2个控制方法设计一种船舶水轮机的调速控制器。该控制器结合了PID和遗传算法的优点,有利于提高舰船水轮机的发电效率。     

剪切流对水平轴潮流能水轮机水动力性能影响

为了研究剪切流下潮流能水平轴水轮机水动力载荷特性,本文基于CFD方法,建立剪切流模型,计算了剪切流下水平轴水轮机的水动力载荷,并分析得出剪切率对水动力载荷的影响规律。结果表明：剪切流情况下,水动力载荷系数时历曲线发生明显波动,除弯矩系数的波动频率和叶轮旋转频率一致外,其他系数的波动频率均是叶轮旋转频率的2倍,且剪切率越大,水动力载荷系数的波动幅值就越大;随着速比增大,弯矩系数的波动幅值逐渐增加,而侧向力系数波动幅值先增加再减小,在最优速比左右达到最大值。研究成果可为潮流能水平轴水轮机的结构设计和性能优化提供依据。     

海流发电机翼型研发进展及优化设计研究

随着化石能源不断枯竭和环保要求的不断提高,世界各国对海流能的开发利用愈加重视,各种利用海流流动动能发电的技术得到了不断突破。本文通过对国内外海流能发电的状况的调研,对叶片翼型的发展进行了总结,并对发电涡轮机叶片翼型的进行了分析和优化,提出了一种新的阻力较小的海流发电机翼型。     

竖轴变偏角潮流发电水轮机的叶片控制机构

为了进行竖轴变偏角潮流发电水轮机的水动力性能的模型试验研究,需要设计该水轮机的试验模型,关键是进行水轮机叶片控制机构的设计.在比较现有的变偏角叶片控制机构的设计思路和工作特点基础上,设计了三种适用于竖轴变偏角潮流水轮机的叶片控制机构,并分别给出了工作原理和装配图,介绍了叶片控制机构的实现方法.最后对三种控制机构的性能、造价等因素进行比较,为进一步的模型试验奠定了基础.     

柔性叶片潮流能水轮机计算流体力学数值模拟

在海洋能源开发领域,潮流能作为一种新型的能源形式受到的关注。本文对船舶使用的柔性叶片潮流能发电系统中的水轮机进行深入研究,建立基本的海水流体力学模型。首先对常见水轮机的结构特点进行设计建模,然后从能量守恒的角度,对流体的湍流方程进行参数优化。通过数值演算和导数优化,得到叶轮受力分布与运动速率之间的关系,并得到仿真曲线。     

潮流能水轮机叶片结构设计及水动力性能分析

基于叶素动量理论对水平轴潮流能水轮机叶片外形进行设计,并结合Wilson方法修正计算模型,采用Matlab软件对叶片进行优化计算,得到优化后的弦长和扭角.通过坐标转换得到优化后翼型的三维坐标,将得到的坐标导入SolidWorks软件中建立叶片的三维模型.最后通过Fluent软件对设计的水轮机在不同尖速比下进行三维数值模拟.计算结果表明,设计的水轮机在水流速度为0.8 m/s,叶尖速比为3时,捕能系数能取得较大值,且水轮机无回流现象,具有良好的水动力特性.     

竖轴水轮机叶片安装位置对水动力性能影响的研究

本论文旨在研究竖轴水轮机叶片安装位置对水轮机水动力性能的影响,考虑到竖轴水轮机叶片延展向剖面相同的特点,本文将水轮机模型简化为二维模型并利用开源软件OpenFOAM对竖轴水轮机进行了研究。首先文章给出了水轮机模拟中多个参数的取值策略,之后对不同叶片安装位置的三叶片竖轴水轮机进行了CFD瞬态模拟,得出了其功率系数随叶尖速比的变化曲线。最后,文章通过分析水轮机功率、推力及侧向力系数,发现了叶片安装位置接近叶片中心位置时,水轮机在运行中受到的载荷较小等结论。     

基于流致振动的海流能发电技术及研究现状

海流能对增加能源来源、保护生态环境、应对气候变化、促进能源可持续发展等具有重要意义。我国沿海的该类能源流速较低，因此研发有效的低速海流发电装置成为该领域亟待解决的重要问题。基于流致振动的交替升力海流能发电技术具有很大潜力，对涡激振动与驰振的利用技术、流致振动海流能捕能系统的研究现状进行系统介绍，分析了当前研究的前沿技术及其可靠性，以及政策对流致振动商业化研究的影响，给出了未来研究的相关建议，为进一步研究基于流致振动的海流能发电技术提供参考。     

竖轴潮流能水轮机被动变桨数值模拟研究

竖轴水轮机的旋转不受来流方向影响,但其自启动性能较差,能量转化率低于水平轴水轮机。根据已有研究,被动变桨水轮机在旋转过程中叶片经过多数方位角区域时升力有所提高。本文通过计算流体力学软件Fluent,给定叶片不同限位角,研究叶片在水动力作用下在限位角内的变桨对竖轴水轮机能量转化率的影响,将其与定桨距水轮机进行对比,为提高水轮机性能提供合理建议。     

基于重叠网格方法的水轮机非定常水动力数值仿真

[目的]为了研究海流环境条件下水轮机的非定常水动力性能,[方法]采用基于重叠网格的动态流体固态相互作用(DFBI)方法,对水轮机在不同来流条件下的非定常水动力性能进行仿真分析。[结结果]研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI方法可以实现在启动过程的起步、加速和稳定3个阶段对水轮机转速、力矩和流场等瞬态参数进行监测;水轮机获能系数Cp在设计流速1.2 m/s附近出现峰值0.24,在流速动态变化条件下,水轮机的平均获能系数约为0.181,与设计流速为1.2 m/s时的获能系数相比下降了约33%。[结论]采用的基于重叠网格的DFBI数值仿真方法能够对实际海流情况下的水轮机被动旋转水动力特性进行监测,对实际工程设计具有较好的参考价值。     

水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析

潮流能是海洋可再生能源的重要组成部分,为提高潮流能利用效率,本文基于叶素-动量理论(BEM)方法,给出Glauert涡流设计理论在水平轴潮流能叶轮设计上的应用。采用BEM理论和CFD数值模拟方法对设计的潮流能叶轮进行水动力性能分析,计算其在不同叶尖速比下的功率特性,2种方法的结果表现了较好的一致性。在此基础上,基于BEM理论,进一步分析叶片表面的载荷分布情况,选取叶片沿展长方向的3个不同位置,分析翼段的流体动力特性随速比的变化规律。计算结果表明,潮流能叶轮工作特性满足对功率和效率的要求,说明了设计方法的可靠性。本文的研究成果为今后水平轴潮流能叶轮设计及水动力性能预报提供有价值的参考。     

小型水流能发电装置设计与仿真

以达里厄型垂直轴式水流能发电装置为参考,设计适用于低水流速的发电装置。考虑到水流能发电装置在实际水域中的运行特点,以流体力学为理论基础,利用流体仿真软件Fluent对发电装置的翼型进行仿真分析和选型;选用MRF模型对水流能发电装置叶轮进行流场仿真分析,从能量捕获效率角度考虑,在发电装置的周围设置导流装置。研究结果表明,合适翼型的叶片能够明显提高发电效率;导流装置能够有效增加发电装置捕获水流动能的效率,发电装置能很好地满足设计要求。     

水轮机影响域的数值仿真计算

运用CFD方法,建立潮流能水轮机分析模型,采用MRF(多参考系)模型和滑移网格技术对水轮机进行水动力性能的模拟计算,验证了CFD方法预报水轮机性能的可靠性。初步总结水轮机在潮流中工作的水动力特性,并计算了水轮机间距对水轮机性能及尾流场的影响。结合Fluent后处理软件Tecplot对计算结果处理分析,得到水平轴水轮机在工作过程中对周围流场的影响。研究发现,当水轮机间距为2D时,水轮机相互影响较小,在水轮机尾后方4D处,速度基本恢复为来流速度。为海上可再生能源试验平台的概念设计提供了参考和指导,为平台总布置设计提供了有意义的理论基础。     

一种使用浅层神经网络增强BEM模型的方法

水平轴潮流能水轮机是常用的潮流能获取装置,载荷预报是设计过程中的重要问题。BEM方法被广泛应用于水平轴水轮机的载荷预报,由于该方法计算速度快,常在早期选型优化阶段使用。BEM方法的核心步骤是通过迭代方式求解诱导系数,存在收敛性问题。文章使用没有收敛性问题处的数据进行神经网络训练,利用训练后的神经网络对产生收敛性问题处的诱导系数进行预报,实现了扩展运算域的效果。研究发现,BP神经网络模型能够有效解决收敛性问题,拓宽运算域,预测的平均误差在4%以内。通过研究BP神经网络的最优结构,为后续的相关研究提供了设计建议。