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小型水平轴潮流能水轮机叶片的设计及其性能的分析
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作者 田美灵 刘雪峰 +2 位作者 王晋宝 唐志波 郭欣 《机械工程师》 2014年第12期140-145,共6页
潮流能作为一种清洁无污染而且蕴藏丰富的可再生新能源,对其合理开发利用可以有效缓减能源短缺的问题。文中选用N A C A 644X X系列翼型,以得到较高捕能系数的水轮机为目标,基于叶素-动量(B EM)理论,给出了叶轮叶片设计的步骤,分别以翼... 潮流能作为一种清洁无污染而且蕴藏丰富的可再生新能源,对其合理开发利用可以有效缓减能源短缺的问题。文中选用N A C A 644X X系列翼型,以得到较高捕能系数的水轮机为目标,基于叶素-动量(B EM)理论,给出了叶轮叶片设计的步骤,分别以翼型前缘和翼型最大厚度为基准设计出两种30 W的小型水平轴潮流能水轮机叶片;然后运用叶素理论和动量理论对叶轮捕能系数进行了理论计算,即运用C FD软件A N SY S C FX对设计出的叶轮模型捕能系数进行了数值模拟计算并与理论值进行了对比。结果表明以翼型前缘为基准设计出的叶片捕能效果更好,同时验证了叶素理论与动量理论的等效性以及运用叶素-动量理论进行叶片设计的有效性。 展开更多
关键词 小型水平轴潮流能水轮机 叶素-动量(B EM)理论 叶片设计 捕能系数 C FD
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水平轴潮流能水轮机复合材料叶片自适应性研究 被引量:1
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作者 房良 刘迪 +2 位作者 张学伟 连建鲁 耿保阳 《水电能源科学》 北大核心 2017年第9期150-153,181,共5页
叶片是水轮机中潮流能向机械能转化的核心部件,直接影响水轮机的水动力性能和结构性能。以水平轴潮流能水轮机复合材料叶片为例,基于复合材料弯扭耦合理论,采用双向流固耦合方法研究了叶片的自适应性。结果表明,采用对称铺层方式的复合... 叶片是水轮机中潮流能向机械能转化的核心部件,直接影响水轮机的水动力性能和结构性能。以水平轴潮流能水轮机复合材料叶片为例,基于复合材料弯扭耦合理论,采用双向流固耦合方法研究了叶片的自适应性。结果表明,采用对称铺层方式的复合材料叶片,可提高水轮机的能量利用率,并在较大的速比范围内使水轮机保持较高的效率;降低叶片上的应力集中,可改善结构性能;对称铺层可利用叶片的弯扭耦合特性,使叶片具备自适应性,从而提高水轮机的水动力性能和结构性能。 展开更多
关键词 水平轴潮流能水轮机 复合材料叶片 弯扭耦合 双向流固耦合 自适应性
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水平轴潮流能水轮机空化特性研究 被引量:3
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作者 张亮 房良 张学伟 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期50-54,共5页
采用CFD(计算流体力学)数值模拟的方法,对水平轴潮流能水轮机的空化特性进行研究.重点讨论叶片空化的特性和对水轮机水动力性能的影响,得出不同空化数下叶片空化程度和位置及对水动力性能的损耗.在相同空化数下,分别研究来流速度及叶轮... 采用CFD(计算流体力学)数值模拟的方法,对水平轴潮流能水轮机的空化特性进行研究.重点讨论叶片空化的特性和对水轮机水动力性能的影响,得出不同空化数下叶片空化程度和位置及对水动力性能的损耗.在相同空化数下,分别研究来流速度及叶轮旋转角速度对叶片空化情况的影响,得出不同工况下叶片的空化区域,针对空化区域的不同研究水动力性能的降低程度.结果表明:叶片的空化程度及区域不仅和空化数有关,还受到叶尖速比的影响;空化的发生并不一定会严重影响水轮机的水动力性能,空化对水动力性能的影响关键在于空化发生的区域,只有当空化数低于一定数值,叶片中段发生空化时,才会大幅影响水动力性能. 展开更多
关键词 水平轴潮流能水轮机 空化 来流速度 旋转角速度 水动力性能
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海浪条件下水平轴叶片式潮流能水轮机流动特性的数值模拟 被引量:1
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作者 吴朝阳 谢占山 《水电能源科学》 北大核心 2023年第5期149-152,共4页
为了研究自由海浪条件下的高潮汐流速对水平轴潮流能水轮机的动态特性影响,基于STAR-CCM+建立了海浪条件下潮流能水轮机水动力特性的数值模拟方法,得到了海浪对潮流能水轮机转动影响规律及转动过程中产生的尾流特征。结果表明,潮流能水... 为了研究自由海浪条件下的高潮汐流速对水平轴潮流能水轮机的动态特性影响,基于STAR-CCM+建立了海浪条件下潮流能水轮机水动力特性的数值模拟方法,得到了海浪对潮流能水轮机转动影响规律及转动过程中产生的尾流特征。结果表明,潮流能水轮机角加速度的幅度与频率受海浪影响,但波动幅度小于海浪波动幅度、变化频率高于海浪波动频率;水轮机转动产生的尾流会使下一个水轮机的周围流场更紊乱,对叶片转动的影响、水轮机轴负载和能量利用率等方面会产生影响;压力脉动变化趋势分析认为,尾流对水轮机疲劳损伤并无太大影响。 展开更多
关键词 水平叶片式潮流能水轮机 水动力特性 海浪耦合 尾流特性 压力脉动
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两种湍流模型在潮流能水轮机数值模拟中的适用性研究 被引量:13
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作者 于晓丽 王树杰 +2 位作者 袁鹏 谭俊哲 司先才 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期114-120,共7页
在对特定湍流条件下的水平轴潮流能水轮机进行数值模拟时,不同的湍流模型对于计算结果具有一定的影响。为选择合适的湍流模型对所设计水轮机的三维流场进行描述,将采用常用的两方程模型(SSTk-ω与Realizable k-ε)进行数值模拟,得到不... 在对特定湍流条件下的水平轴潮流能水轮机进行数值模拟时,不同的湍流模型对于计算结果具有一定的影响。为选择合适的湍流模型对所设计水轮机的三维流场进行描述,将采用常用的两方程模型(SSTk-ω与Realizable k-ε)进行数值模拟,得到不同工况下水轮机的性能参数以及水轮机后1.5D处流场的流速、湍流强度分布情况,并进行模型水槽试验,试验值与采用两种湍流模型进行数值模拟得到的仿真值对比表明:在低尖速比工况下,采用SSTk-ω进行数值模拟得到的仿真值比Realizable k-ε更接近试验值,在较高尖速比时,采用Realizable k-ε进行模拟得到的数值更接近试验值;采用两种湍流模型进行数值模拟得到的速度分布具有相似性,但对于湍流强度的预测,SSTk-ω更具有优势。考虑此水轮机的实际工况,选择SSTk-ω湍流模型进行描述更加合理。 展开更多
关键词 水平轴潮流能水轮机 湍流模型 水动力学性能 流场特性 数值模拟
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实海况下流速梯度对潮流能水轮机水动力性能影响的数值研究 被引量:4
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作者 司先才 王树杰 +3 位作者 袁鹏 谭俊哲 于晓丽 张敬斌 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2220-2227,共8页
针对实海况条件下来流梯度,基于现场实测的流速和水深数据,对实尺度水平轴潮流能水轮机的水动力学性能进行仿真,对比水轮机在流速梯度影响下获能和轴向力变化规律。结果表明,真实潮流场中流速梯度不仅对水轮机的获能和轴向力产生影响,... 针对实海况条件下来流梯度,基于现场实测的流速和水深数据,对实尺度水平轴潮流能水轮机的水动力学性能进行仿真,对比水轮机在流速梯度影响下获能和轴向力变化规律。结果表明,真实潮流场中流速梯度不仅对水轮机的获能和轴向力产生影响,还会造成流场的布放水深对水轮机实际获能产生影响。同时,流速梯度造成水轮机运行时所受载荷发生动态变化,使得叶片处于不同位置时轴向力和转矩呈现周期性波动,影响叶片的获能和动力稳定性,引起振动和寿命疲劳等问题。 展开更多
关键词 流速梯度 水平轴潮流能水轮机 获能特性 动态载荷 水动力学性能
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浮潜式载体对潮流能水轮机性能的影响研究 被引量:1
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作者 王树杰 于晓丽 +2 位作者 李仁军 袁鹏 张以俊 《海洋技术学报》 2016年第5期5-9,共5页
浮潜式载体是一种创新性的潮流能水轮机载体形式,在设计时,需在保证其上浮下沉及拖航稳定性的同时,尽量减小载体结构形式对其所搭载水轮机的影响。采用计算流体力学方法对两种浮潜式载体结构形式下水轮机运行状态及流场流速分布进行研究... 浮潜式载体是一种创新性的潮流能水轮机载体形式,在设计时,需在保证其上浮下沉及拖航稳定性的同时,尽量减小载体结构形式对其所搭载水轮机的影响。采用计算流体力学方法对两种浮潜式载体结构形式下水轮机运行状态及流场流速分布进行研究,计算结果表明:浮潜式载体中有无坡度对于水轮机的功率系数与轴向力系数影响很大,功率系数在提高的同时,轴向力系数也相应的增加,因此在保证水轮机获能的同时,需要对结构进行稳定性校核;水轮机在额定流速条件下,浮潜式载体的存在对于水轮机上游流速有一定的加强作用,有坡度浮潜式载体因其导流聚流作用将流速提高0.4 m/s左右,更有利于水轮机获能和效率的提高。 展开更多
关键词 水平轴潮流能水轮机 浮潜式载体 数值模拟 性能分析 流场分布
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基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析 被引量:6
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作者 刘雪峰 王晋宝 +2 位作者 田美灵 唐志波 吴国荣 《机械工程师》 2014年第11期94-98,共5页
叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后... 叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。 展开更多
关键词 水平轴潮流能水轮机 叶片 单向流固耦合 强度分析 模态分析
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一种使用浅层神经网络增强BEM模型的方法
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作者 黄蕴藉 郭孝先 杨建民 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2021年第S01期376-384,共9页
水平轴潮流能水轮机是常用的潮流能获取装置,载荷预报是设计过程中的重要问题。BEM方法被广泛应用于水平轴水轮机的载荷预报,由于该方法计算速度快,常在早期选型优化阶段使用。BEM方法的核心步骤是通过迭代方式求解诱导系数,存在收敛性... 水平轴潮流能水轮机是常用的潮流能获取装置,载荷预报是设计过程中的重要问题。BEM方法被广泛应用于水平轴水轮机的载荷预报,由于该方法计算速度快,常在早期选型优化阶段使用。BEM方法的核心步骤是通过迭代方式求解诱导系数,存在收敛性问题。文章使用没有收敛性问题处的数据进行神经网络训练,利用训练后的神经网络对产生收敛性问题处的诱导系数进行预报,实现了扩展运算域的效果。研究发现,BP神经网络模型能够有效解决收敛性问题,拓宽运算域,预测的平均误差在4%以内。通过研究BP神经网络的最优结构,为后续的相关研究提供了设计建议。 展开更多
关键词 潮流能 水平轴潮流能水轮机 BEM方法 BP神经网络
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