叶栅附体对直叶水轮机的性能干扰研究

论文摘要

竖轴固定攻角直叶片潮流水轮机以其自身系统稳定、制造工艺简单、可实现大功率大直径和造价低等诸多优点被人们所关注,但是与变攻角竖轴潮流水轮机相比,其在流速较低时不能实现自启动,能量利用率较低。因此,如何提高固定攻角直叶片竖轴潮流水轮机的自启动性能和能量利用率成为当前亟待解决的问题。本文借鉴势能水轮机的导叶原理,利用计算流体力学的方法结合CFD软件数值模拟了在潮流水轮机周边区加装叶柵附体后的水动力性能,为今后进一步的研究提供参考。首先,本文介绍了叶柵的基本知识、设计了加装叶柵附体的方案，并计算了三维减摇鳍定常绕流的水动力性能参数且与试验值做了比较,验证了数值模拟的可行性。然后,计算了加装叶柵附体的潮流水轮机在不同流速下的自启动性能与其位置角的关系,并与敞水条件下的自启动性能作对比,分析影响潮流水轮机自启动性能的因素,讨论了叶柵附体对提高水轮机运转性能产生的影响。最后,本文建立滑移网格模型,计算潮流水轮机瞬态的水动力性能,初步分析了叶柵附体栅距不同、安装角不同、距潮流水轮机运动轨迹圆的距离不同对潮流水轮机水动力性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 竖轴直叶水轮机的发展现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 实验研究现状
• 1.2.3 带附体的水轮机的研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 水轮机及叶柵的水动力计算
• 2.1 叶柵的结构形式
• 2.1.1 叶柵的基本概念
• 2.1.2 潮流水轮机的结构形式
• 2.2 装置结构的受力分析
• 2.2.1 叶柵绕流分析
• 2.2.2 潮流水轮机叶片的流体动力特性
• 2.2.3 潮流水轮机叶片受力分析
• 2.3 CFD 基础及数值计算方法
• 2.3.1 CFD 基础理论
• 2.3.2 三维翼型的定常绕流模拟计算
• 2.3.3 计算结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 潮流水轮机的自启动性能研究
• 3.1 计算模型的结构形式与数值求解过程
• 3.1.1 计算模型的结构形式
• 3.1.2 数值求解过程
• 3.2 潮流水轮机在敞水时的自启动性能研究
• 3.3 加装叶柵附体对水轮机自启动性能的影响
• 3.3.1 叶柵附体与水轮机中心的位置不同对水轮机的自启动性能的影响
• 3.3.2 叶柵的安装角不同对水轮机自启动性能的影响
• 3.3.3 栅距不同对水轮机自启动性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 直叶片竖轴潮流水轮机的水动力性能研究
• 4.1 潮流水轮机的运动与受力分析
• 4.1.1 叶片的运动
• 4.1.2 叶片的瞬时受力
• 4.2 潮流水轮机叶片的性能参数
• 4.3 潮流水轮机的水动力性能计算
• 4.3.1 模型参数
• 4.3.2 计算结果
• 4.4 加装叶柵后潮流水轮机的水动力性能计算
• 4.4.1 栅距对潮流水轮机性能影响
• 4.4.2 叶柵附体与水轮机间距对水轮机性能的影响
• 4.4.3 叶柵安装角不同对潮流水轮机的性能影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢