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。     

渔船节能技术中潮流能发电的应用设计

本文介绍了现有的节能方法,提出在渔船锚泊时应用潮流能发电技术.研究设计了潮流能发电系统中的水轮机、发电机及调节器.这一设计解决了渔船在锚泊时用传统柴油机做原动机供电带来的资源浪费与环境污染问题,同时也解决了一些锚泊船用蓄电池来维持供电时供电时间短的问题.     

渔船锚泊潮流发电装置的设计

针对中小型渔船在抛锚时的节能用电问题,提出了一种可以利用潮流能发电的小型船用发电装置。首先简单介绍了其基本组成及工作原理,再就其水轮机的设计、硅整流发电机以及调节器的选择进行了研讨。设计出简单、实用、造价便宜的锚泊船用潮流发电装置。该装置在渔船抛锚停泊时可以施放、启动进行发电,既环保又有效的解决渔船抛锚时的用电问题,当渔船航行、作业时又可将其收回,不影响渔船正常航行;并且,在发电过程中,不管潮流流向如何,由于渔船是抛锚状态,渔船可随着潮流流向而随时改变渔船朝向,使安装在船尾的水轮机都能正常工作。     

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。     

液压作用下的振荡浮子波能装置物理模型试验设计

波浪能发电装置的研发是海洋工程、机械工程、自动化工程等多学科的综合应用,对于振荡浮子波能发电装置,浮子在波浪和液压系统共同作用下的运动机理仍待深入研究。本文介绍了液压作用下的振荡浮子波能发电装置物理模型试验系统设计,拟通过水工物理模型试验的方法,利用数据采集及控制系统同时监测波浪场、浮子运动、液压系统性能及发电功率输出情况,构建波能发电装置各环节耦合联动的全过程模型。     

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。     

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。     

竖轴潮流能水轮机试验平台设计及工作性能测试

针对竖轴潮流能水轮机工作性能的研究,文中采用搭建试验试验平台方法,以竖轴潮流能水轮机为研究对象,在波流循环水槽中进行试验。试验平台主要包括数据采集及控制系统,其具体为:伺服电机、转矩转速传感器、数据采集及处理系统。通过此试验系统,可获取转速、转矩等参数,从而对水轮机的工作性能开展研究。     

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.     

基于Workbench的双浮体波能捕获装置建模与仿真研究

针对目前各种波浪能发电装置中存在的可靠性低、寿命短、建造维护难等问题,结合我国大部分海域低能流密度的现实,介绍一种以双体船为载体、以陀螺浮子捕获波能的振荡浮子式发电装置。以Workbench为平台,首先完成几何建模及网格划分,然后分别在FLUENT和ANSYS中完成流体分析与结构分析,得出了不同底圆半径的陀螺浮子在水流水平和竖直冲击下的受力和变形,以此为依据判断其对波浪的适应性、功率特性以及效率特性。通过数值模拟研究,遴选影响浮子受力和变形的关键参量,为该类浮子的实用化设计提供依据。仿真结果表明,选择陀螺形浮子作为试验平台波浪能捕获装置是非常合理的。     

基于联合仿真的波浪能发电装置PTO系统参数优化研究

PTO(power take-off)系统是波浪能发电装置（wave energy converter, WEC）的重要组成部分。本文针对摇臂式波浪能发电装置,提出一种机械式PTO系统,考虑发电机负载与机械传动的影响,开展摇臂浮子水动力性能与PTO系统的联合仿真研究。分析摇臂浮子在不同行程工作模式下的运动响应,并对联合仿真模型的PTO系统参数进行优化。研究发现：在目标海况下,本项目设计的发电装置,双行程工作的WEC系统功率显著高于单行程工作状态,双行程WEC最佳功率对应的传动比约为72.5;单行程工作的摇臂浮子在低传动比（小于60）下的上升、下降功率近乎相等,随着传动比的增加,上升、下降行程的功率相较于双行程模式都分别递增,且下降行程功率大于上升行程功率。本文采用的联合仿真方法可为不同海况与各类振荡浮子式波能发电装置的设计与选型提供参考。     

风浪联合作用下多台浮式风机的数值模拟

以3台串列排布的NREL-5 MW半潜式浮式风机为研究对象,采用FAST.Farm软件对其进行全耦合仿真,通过设定不同风浪联合作用的工况,分析不同风浪联合作用下多台浮式风机的发电功率以及载荷变化情况。结果表明：在湍流风和不规则波联合作用下,当实际风速低于额定风速时,下游风机在上游风机尾流干扰下致使发电功率和载荷波动较大;当实际风速大于或等于额定风速时,下游风机的发电功率和载荷波动较小,基本不受上游风机的尾流干扰。结果验证了浮式风机更适合深海高风浪区域,可为今后建立深海海上风电场提供参考。     

潮流能发电装置中变桨距控制系统的研究

潮流能发电装置中的变桨距控制系统具有非线性、参数时变性、强耦合等特点,高精度的控制难以实现导致潮流能发电机组输出的电能质量较差。为了改善系统在稳定功率输出区域内的动态性能,提出了一种实用的变桨距控制策略。仿真结果表明,实现了潮流能发电装置的变桨距控制,能够输出稳定的功率。     

浮力摆波能发电装置的俘能特性分析

文章以浮力摆波能发电装置为研究对象,探索该装置的俘能特性的影响因素,利用AQWA水动力分析软件建立浮力摆的三维时域数值模型,分析浮力摆的净浮力、阻尼系数和转动关节的铰接位置对浮力摆波能发电装置的俘能特性的影响。结果表明:浮力摆的净浮力、阻尼系数和转动关节的铰接位置对浮力摆波能发电装置的俘能特性均有较大的影响,为后续对装置的进一步探索提供依据和支持。     

潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响研究

为探索潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响规律,以NACA系列翼型为研究对象,选择最大相对弯度及其所在位置、最大相对厚度及其所在位置四个主要因素,通过L_9(3~4)正交表得到9个试验组合。利用Fluent对不同几何参数下的翼型进行建模,以最大升阻比为评价指标,进行正交试验。通过极差分析,得到翼型最大升阻比各影响因素的主次顺序,最终得出NACA7408-40%为最优的参数组合。为潮流能水轮机翼型的设计提供参考。     

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。     

海蛇式波能转换装置发电功率参数的数值模拟研究

本文基于三维线性势流理论以及铰接多浮体运动方程,研究了海蛇式波能转换装置各个铰链处的相对转角,从而得到整个装置产生的总发电功率。本文首先研究了铰接刚度以及铰接阻尼对于总功率的影响,然后研究了装置吃水深度对于总功率的影响,最后分析得到本文模型的最优参数取值。     

潮流能发电机组功率特性测试研究

随着越来越多海洋能发电装置的研发和海试,对其运行状况和发电效果进行测试的需求也越来越迫切.但是,目前我国还未简称功能完备的海洋能发电装置测试场.而我国目前在潮流能发电装置功率特性现场测试领域内,还没有相关技术标准.本文结合风能、波浪能等清洁能源领域已较成熟的相关测试方法,给出了一种潮流能发电机组功率特性的试验方案,并结...     

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。