潮流能驅(qū)動的柔性葉片水輪機水動力性能試驗研究.pdf

1、目前用于獲取海洋潮流能的潮流水輪機均采用剛性葉片，對工作流速要求高，噪音大，空蝕現(xiàn)象嚴重，且鋒利的邊緣容易對魚類等海洋生物造成傷害，這些都是造成目前潮流能開發(fā)力度不夠的重要因素。柔性葉片水輪機作為一種新型換能裝置，其葉片由柔性材料制成，起轉(zhuǎn)能力強，轉(zhuǎn)速低，空蝕現(xiàn)象不明顯，具有很多剛性葉片所不具有的特點。更具工程開發(fā)意義的特點是，柔性葉片水輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向只與葉片的安裝方式有關，而不受水流流向控制，因此可廣泛應用于流向多變的工況下。

2、在流體作用下，柔性葉片不斷發(fā)生形位變換，自適應流體呈現(xiàn)翼形結(jié)構(gòu)，承受阻力的同時可充分利用流體的升力效應做功，阻力效應和升力效應是彼消此長相互更替的關系，在相互轉(zhuǎn)化過程中共同充當水輪機旋轉(zhuǎn)的動力，高效提取流體能。 本文首先以四葉片帆翼式水輪機轉(zhuǎn)子為例，介紹了柔性葉片水輪機的工作原理。分析了葉片的運動和受力，建立了評價柔性葉片水輪機水動力性能的數(shù)學模型，探討了方程中對柔性葉片水輪機性能的眾多影響因素，提出了目前國內(nèi)外科研機構(gòu)在流體和

3、柔性體雙向耦合理論研究中普遍遇到的問題，從而將解決問題的方法轉(zhuǎn)向以風浪流水槽試驗為基礎的試驗分析法。 在無量綱分析理論的指導下，作者找到與葉片形狀和水輪機結(jié)構(gòu)有關的一系列無量綱參數(shù)，這些參數(shù)的大小直接影響了柔性葉片水輪機的獲能能力。對應這些參數(shù)的變化，設計了多個水輪機轉(zhuǎn)子模型，提出了合理的試驗方案，解決了試驗過程中的諸多難題，并對試驗獲取的數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，找到了這些參數(shù)對柔性葉片水輪機水動力性能的影響規(guī)律。論證了柔性葉片水輪機

4、的水動力特性，針對葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)和水輪機安裝方式提出了優(yōu)化方案。 隨后，作者討論了SkW柔性葉片水輪機海試樣機的多種結(jié)構(gòu)方案，并確定采用雙浮體升降式結(jié)構(gòu)形式。設計了國內(nèi)第一臺SkW柔性葉片水輪機海試樣機。針對海洋特殊環(huán)境和載荷，選用了柔性葉片材料并對葉片和水輪機轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)進行了校核和優(yōu)化。同時，對載體進行了設計，介紹了樣機電控檢測系統(tǒng)。 最后，基于海試數(shù)據(jù)，分析了導流罩的聚流效果。針對柔性葉片水輪機可控工作狀態(tài)參數(shù)尖速比