振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)的水動(dòng)力和能量捕獲性能研究.pdf

1、為了減少化石燃料的消耗，降低環(huán)境污染，各國政府越來越重視清潔可再生能源的開發(fā)利用。振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電技術(shù)淺海優(yōu)勢明顯，特別適合安裝在河床、沿海岸等淺水海域。深入的研究振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電技術(shù)的水動(dòng)力和能量捕獲性能是開發(fā)綜合性能優(yōu)良的振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電裝置的基礎(chǔ)，為開發(fā)能量捕獲效率高、工作可靠的潮流能捕獲裝置提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。
　　來流作用下水翼的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是俯仰運(yùn)動(dòng)與升沉運(yùn)動(dòng)的耦合，運(yùn)動(dòng)過程不斷將來流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為振蕩水

2、翼的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)捕獲來流動(dòng)能的目的。為了探索振蕩水翼運(yùn)動(dòng)過程中水翼的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及來流的粘性參數(shù)對(duì)振蕩水翼的水動(dòng)力和能量捕獲性能的影響及其影響機(jī)理，本文進(jìn)行了如下研究工作:
　　介紹了振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)的基本原理，建立了基于液壓換能系統(tǒng)的振蕩水翼捕獲潮流能發(fā)電系統(tǒng)的物理模型，給出了振蕩水翼做簡諧規(guī)律的俯仰—升沉耦合運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)模型，并給出了衡量振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)捕獲能量性能的主要參數(shù)。
　　研究了求解來流

3、繞振蕩水翼的湍流流動(dòng)時(shí)的非定常、不可壓縮Navier-Stokes方程的理論和方法，采用商用CFD軟件Fluent建立了繞振蕩水翼非定常流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算模型。建立了基于動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)和滑移網(wǎng)格技術(shù)的振蕩水翼網(wǎng)格模型，給出了求解振蕩水翼周圍二維湍流流場的非定常、不可壓縮Navier-Stokes方程需要設(shè)定的主要參數(shù)及其使用的算法，給出了基于UDF二次開發(fā)功能實(shí)現(xiàn)水翼邊界運(yùn)動(dòng)和水動(dòng)力提取的算法，并完成了來流繞振蕩水翼非定常流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算模型的程

4、序驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文模型能夠準(zhǔn)確的計(jì)算振蕩水翼的漩渦結(jié)構(gòu)特性、水動(dòng)力和能量捕獲性能，計(jì)算區(qū)域邊界尺寸、計(jì)算周期、湍流模型、網(wǎng)格密度和時(shí)間步長選擇合適，可保證數(shù)值計(jì)算高效準(zhǔn)確。
　　定量的分析了振蕩水翼捕獲潮流能的機(jī)理，系統(tǒng)的分析了運(yùn)動(dòng)參數(shù)、幾何參數(shù)以及粘性參數(shù)對(duì)振蕩水翼水動(dòng)力和能量捕獲性能的影響，并從漩渦結(jié)構(gòu)特性角度分析了相關(guān)參數(shù)對(duì)瞬態(tài)水動(dòng)力和能量捕獲性能的影響。結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)參數(shù)、粘性參數(shù)、幾何參數(shù)都會(huì)影響水翼壁面邊界層漩渦結(jié)

5、構(gòu)特性，改變其中任意參數(shù)都有可能引起水翼壁面邊界層分離和旋渦脫落現(xiàn)象，而旋渦脫落又會(huì)引起動(dòng)態(tài)失速及瞬態(tài)水動(dòng)力性能的突變。振蕩水翼系統(tǒng)的能量捕獲效率大于30％、效率時(shí)均阻力系數(shù)比ψ大于0.2、無瞬態(tài)水動(dòng)力性能突變時(shí)，振蕩水翼捕獲潮流能系統(tǒng)的綜合性能較好;水翼翼型為NACA0018、俯仰—升沉相位差為90°、俯仰軸位置到水翼前緣的距離為c/3、升沉振幅為c、俯仰振幅為70～80°時(shí)、折算振蕩頻率為0.14時(shí)，、振蕩水翼滿足綜合性能高的條件;