基于深水网箱的潮流能水轮机导流罩设计

发布时间：2021-04-21 12:00

　　目前我国关于环保深水网箱的研究由于其自动化控制系统难以解决电能供给问题而发展滞后。因此有必要提出一种具有较高发电量和发电效率的潮流能捕获装置,该装置要求能在低流速下正常工作以适应深水网箱的供电需求。本文主要做了以下工作:首先,对深水网箱系统的电能消耗进行分析,并根据深水网箱安置海域的水文状况建立半月周期的潮流能水轮机发电量数学模型,同时对潮流能捕获叶轮的结构形式进行分析比较,选择带导流罩的水平轴式叶轮作为该深水网箱的潮流能捕获叶轮。其次,根据CFD仿真计算原理分析潮流能捕获装置所处的流场流体性质,并且建立潮流能水轮机三维流体动力学分析模型。结合BEM理论,建立预测水轮机捕能系数和轴向力系数的数学模型,初步总结水轮机水动力性能。然后,根据深水网箱的用电需求对用于水轮机叶轮的导流罩结构进行优化,并对整个潮流能发电装置的水动力特性进行分析,得出不同的导流罩参数对潮流能水轮机性能的影响。在保证满足深水网箱的用电需求的前提下,选择适当的水轮机导流罩。最后,对处于不同工况下的带导流罩的叶轮进行流固耦合分析,得到了水轮机叶轮对应的捕获功率、轴向推力、捕能系数和推力系数等曲线。并对叶轮结构性能进行了分... 

【文章来源】：浙江海洋大学浙江省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 世界深水网箱研发情况
        1.2.1 他国深水网箱研发情况
        1.2.2 国内深水网箱发展现状
    1.3 潮流能概述
        1.2.1 国外潮流能发电现状
        1.2.2 国内潮流能发电现状
    1.4 论文研究目标和技术路线
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 研究方案和技术路线
    1.5 本章小结
第二章 深水网箱工况分析
    2.1 自动化深水网箱系统
    2.2 深水网箱工况分析
        2.2.1 用电需求分析
        2.2.2 深水网箱所处流域分析
    2.3 潮流能水轮机的结构概述
        2.3.1 叶轮结构形式的选择分析
        2.3.2 潮流能水轮机捕能初步分析
    2.4 本章小结
第三章 潮流能水轮机流场分析
    3.1 潮流能捕获叶轮所在流场的性质分析
        3.1.1 理想流体和黏性流体
        3.1.2 可压缩流体与不可压缩流体
        3.1.3 定常流与非定常流
        3.1.4 层流与湍流
    3.2 潮流能捕获叶轮的流体动力学建模
        3.2.1 叶轮所在流场的控制方程
        3.2.2 利用有限体积法对控制方程的离散
    3.3 潮流能捕获叶轮的计算模型分析
        3.3.1 动量理论
        3.3.2 叶素理论
        3.3.3 叶素-动量理论
    3.4 本章小结
第四章 潮流能水轮机的性能分析
    4.1 水轮机叶轮计算模型和网格参数
    4.2 叶轮流速特性的流固耦合分析
        4.2.1 不同流速下水轮机水动力性能分析
        4.2.2 不同流速下水轮机结构性能分析
    4.3 叶轮转速特性的流固耦合分析
        4.3.1 不同转速下水轮机水动力性能分析
        4.3.2 不同转速下水轮机结构性能分析
    4.4 本章小节
第五章 带导流罩的水轮机水动力分析
    5.1 导流罩原理及其计算模型参数
    5.2 导流罩类型分析
    5.3 带导流罩的水轮机水动力性能分析
    5.4 带导流罩的水轮机叶轮结构性能
    5.5 本章小节
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 对后续研究工作的展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]水平轴潮流水轮机水力性能的数值模拟研究[J]. 肖惠民.  水电与新能源. 2015(04)
[2]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟.  新能源进展. 2013(01)
[3]3MW风力机叶片设计建模与模态分析[J]. 武玉龙,李春,高伟.  机械研究与应用. 2013(03)
[4]深水网箱——海洋养殖先进生产力[J]. 郭根喜,陶启友,胡昱,黄小华.  科学养鱼. 2013(01)
[5]潮流发电现状分析及未来展望[J]. 段自豪,陈正寿.  中国水运(下半月). 2012(02)
[6]垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状[J]. 张亮,李志川,张学伟,侯卫松,马勇.  应用能源技术. 2011(09)
[7]海流能增速管纠正偏流的实验研究[J]. 王立,董志勇,张旭,韩伟,俞小伟.  水力发电学报. 2011(04)
[8]基于MCGS的深水网箱自动投饵远程控制系统的设计[J]. 胡昱,郭根喜,汤涛林,黄小华,陶启友,张小明.  渔业科学进展. 2010(06)
[9]潮流能发电及潮流能发电装置[J]. 戴庆忠.  东方电机. 2010(02)
[10]国产HDPE升降式深水网箱下沉关键技术的研究[J]. 黄滨,关长涛,崔勇,李娇.  渔业科学进展. 2009(05)

博士论文
[1]竖轴H型叶轮及导流罩流体动力性能数值模拟[D]. 孙科.哈尔滨工程大学 2008

硕士论文
[1]潮流能水轮机叶片设计及其性能研究[D]. 刘雪峰.浙江海洋学院 2014
[2]潮流能水平轴水轮机叶片优化及水动力性能研究[D]. 陈存福.中国海洋大学 2012
[3]潮流能发电场尾流场数值模拟及其多机组影响规律研究[D]. 安佰娜.中国海洋大学 2012
[4]水平轴潮流能发电机械叶片设计及特性分析[D]. 徐学涛.浙江大学 2012
[5]水平轴潮流水轮机叶片设计和模型试验研究[D]. 王俭超.中国海洋大学 2011



本文编号：3151715