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.     

对转式水平轴潮流能水轮机的数值模拟优化

基于舟山本岛南部附近海域的实测海况,研究使对转式水平轴潮流能水轮机(CRHATT)的功率系数CP达到最大的最优转子间的距离L,以及叶片弦长CB对减小CRHATT转子间的Cp差值的作用.在对9组CRHATT完成稳态数值模拟,并得到CRHATT的最优L与减小转子间CP差值的最优CB组合后,拟合舟山本岛南部28 h的潮流数据,得到潮流数据的2阶傅里叶级数拟合函数.使用UDF编程把拟合函数导入到流场环境中,对CRHATT进行5个周期拟合函数的数值模拟,以研究时域特性下的最优L和最优CB组合的有效性.结果 表明,在稳态和时域特性数值模拟下的最优L和最优CB组合保持一致.综合分析两种数值模拟结果,在最优L和最优CB组合下的CRHATT的Cp可达到0.565;转子间的Cp差值占CRHATT总Cp的百分比减小至6.95％;转子间的Cp差值随潮流变化的离散程度较小,证明CRHATT在时域特性环境中能稳定工作.     

潮流能水轮机叶片设计与计算

  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C_p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。     

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.     

国际潮流能利用技术发展综述

潮流能是一种环保可再生的海洋新能源,随着世界各国重视潮流能的开发与利用,潮流能技术在国际上取得了不断突破。本文在简述国内外潮流能发电历程的基础上,重点介绍了近五年来国际潮流能技术现状及最新进展,对已建、在建的各种潮流能发电站的实验状况、实际并网发电应用情况进行了阐述,同时总结了各种潮流能水轮机的装机容量、累计发电量、额定功率等情况。通过国内外潮流能技术的应用分析,总结了目前潮流能开发利用存在的问题,并针对我国潮流能发展现状和趋势提出了几点建议。     

柔性叶片垂直轴潮流能水轮机性能分析（英文）

In this study, a vertical axis tidal turbine with flexible blades is investigated. The focus is on analyzing the effect of flexible airfoils types and blade flexibility on turbine net output power. To this end, five different flexible airfoils(Symmetric and Non-symmetric) are employed. The results show that the use of a thick flexible symmetric airfoil can effectively increase output power compared to that achievable with a conventional rigid blade. Moreover, the use of highly flexible blades, as opposed to less flexible or rigid blades, is not recommended.     

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。     

导流型自动调向变桨距水平轴潮流能水轮机结构设计与性能研究

潮流能水轮机是海洋潮流能开发的主要装置之一,其工作性能对提高海洋能源利用效率具有重要意义。为了研究潮流能水轮机变桨水动力特性,本文建立潮流能水轮机水动力模型,并结合实际模型进行变桨力矩计算,计算结果与实际相符,可为工程实践提供参考。     

计算流体力学常用数值方法简介

任何流体运动的动力学特征都是由质量守恒、动量守恒和能量守恒定律所确定的，这些基本定律可以由流体流动的控制方程组来描述。利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的控制方程，揭示流体运动的物理规律，研究流体运动的时一空物理特征，这样的学科称为计算流体力学。     

广西铁山港区潮流泥沙数值模拟

铁山湾海域将建设数十个万吨级以上深水泊位和深水航道。通过围填海域建设数量众多的泊位,将引起铁山湾潮流及泥沙运动发生变化。为解决铁山湾海域开发建设的一系列水流泥沙技术难题,在充分掌握海湾水流泥沙运动特性的基础上,采用非结构网格和动边界技术建立平面二维潮流数学模型,模拟研究规划方案建设引起的潮流场变化,计算分析规划港区和航道的泥沙回淤强度及回淤总量,为规划方案优化提供科学依据。     

海龙湾二维潮流场数值模拟

建立了平面二维潮流场模型,采用MADI有限差分方法进行离散求解,利用动边界处理边滩以及心滩随水位升降产生的边界变动问题,对工程海域的潮流场进行数值模拟,并采用两套网格计算方案、使用加密网格,深入进行潮流场的研究分析。验证结果表明,计算的潮位和潮流过程与实测过程吻合较好,为海龙湾工程开发利用提供了科学依据。     

华能曹妃甸煤码头项目龙口潮流数值模拟

自曹妃甸建设以来,抛石堤因施工简单、施工速度较快、适应能力强、施工方法成熟、安全性能高等优点而被普遍采用。然抛石堤施工,不可避免要形成龙口,尤其在外海,四周无掩护的情况下,受海域自然条件影响,龙口合龙的施工一直是施工的难点。在华能曹妃甸煤码头项目抛石堤施工中,通过数学模型模拟施工期间可能存在的水流变换过程,为龙口合龙时间的选择、施工方案的设置提供依据,以确保龙口施工过程中抛石的稳定。     

鸭绿江河口潮流泥沙数值模拟

在分析鸭绿江河口实测水文泥沙资料的基础上,采用MIKE21 FM模块建立了基于多重嵌套网格模式的河口潮流场和泥沙场数学模型,模型范围为上游丹东市的江桥至河口江海分界线以外6~7 m等深线附近,并对2个潮位站、15个流速流向和含沙量测站进行了验证,对现状条件下的河口水域流场和泥沙场进行了数值模拟与分析。研究结果表明:落潮流速一般大于涨潮,沿程变化上浪头港以下2 km附近及斗流浦航槽内平均流速较大,至河口段水面逐渐放宽,致使落潮水流流速有减小趋势;含沙量沿程呈递增趋势,最大含沙量出现在各分汊水道的上口,即斗流浦水域。     

计及叶片载荷的双机对转式海流发电机系泊系统动力分析

本文设计了一种新型的双机对转式海流发电机并对其系泊系统与叶片载荷和直径关系进行模拟分析。首先将单机式海流发电机与已有研究进行对比验证其可靠性,然后在不改变系泊方式的前提下,设计出双机式结构,并通过分析机身位移和旋转比较两种系统的稳定性。为考虑叶片载荷对系泊系统影响,在Orcaflex中对不同精细程度的叶片进行建模,分别对比单一翼型/三翼型/九翼型的数值模拟结果。接着使用M-BEMT软件优化后的翼型参数,对比使用原始升阻力系数的三翼型发电机的模拟结果,同时将使用不同直径叶片的发电机系统进行对比,说明双机式发电机的稳定性更优,对海流发电机及其系泊系统的设计提供重要参考价值。     

Performance analysis of a vertical axis tidal turbine with flexible blades

In this study, a vertical axis tidal turbine with flexible blades is investigated. The focus is on analyzing the effect of flexible airfoils types and blade flexibility on turbine net output power. To this end, five different flexible airfoils (Symmetric and Non-symmetric) are employed. The results show that the use of a thick flexible symmetric airfoil can effectively increase output power compared to that achievable with a conventional rigid blade. Moreover, the use of highly flexible blades, as opposed to less flexible or rigid blades, is not recommended.     

天津港大沽口港区三维潮流数值模拟

建立三维潮流数学模型,采用潮位以及分层流速流向实测资料对模型进行验证,对天津港大沽口港区东、北防波堤延伸方案的潮流分布进行模拟研究。结果表明,港区附近表层与0.6h水深处流速大小较为接近,底层流速明显较小,各层的流向较为一致;港区现状口门布置条件下,口门附近流速和横流相对较大;口门东、北防波堤延伸工程实施后,口门航道附近水流流态明显改善,横流流速也进一步减小;从水流条件考虑,该延伸方案是合适的。     

湛江东海岛近岸潮流场数值模拟

将Smagorinsky亚网格模型引入ADCIRC潮流模型求解涡粘性系数,使模型在模拟近岸潮流方面更加合理。为进一步揭示中海油气开发利用公司广东沥青项目码头工程海域的潮流变化,利用改进的ADCIRC模型对湛江东海岛海域潮流场进行了合理地模拟和分析。结果表明该工程港池和进港支航道的开挖对湛江主航道影响很小。工程建设只改变了工程区海域的局部流态,并且新开挖航道的水动力条件有助于船舶顺流进港。     

温州港深水航道三维潮流数值模拟

根据实测资料对温州港大小门岛港区深水航道海区的三维潮流特征进行了分析.针对工程海区岸线不规则、地形复杂、岛屿众多、存在动边界等特点,使用垂向σ坐标变换技术,建立了基于不规则三角形网格的三维潮流数学模型,提出了三角形网格三维潮流数学模型处理动边界的方法.使用现场资料对模型进行了验证,潮位、不同水层的流速和流向均与实测资料吻合良好.在模型验证的基础上,对温州港深水航道工程实施后的三维流场进行了模拟,对表、中、底层流速流向的变化进行了分析,时航道表层最大横流进行了计算.建立的三维模型非常适合于复杂河口海岸地区的三维潮流场模拟.     

钦州湾围滩工程前后潮流场的数值模拟

基于双时间层的有限差分方法(ADI),建立了水深平均二维浅水潮流数学模型,采用逆风格式和追赶法求解二维浅水方程,通过建立钦州湾二维潮流数值模型重现钦州湾的潮位和潮流变化状况。模拟结果与同步进行的岸边潮位及海上潮流的观测值校验结果表明,实测潮位资料与对应时间的计算结果吻合良好,实测潮流与对应时间的计算结果十分接近。模拟计算结果真实地反映钦州湾的潮位变化和潮流运动状况。钦州湾围滩工程实施前后的潮流场数值模拟研究结果表明该工程建设不会对海域水动力学条件产生较大影响。