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随着化石、煤炭等传统能源日益减少,环境污染及全球变暖问题日益突出,清洁、可再生能源将会占据能源界主导地位。海流能是一种以海水动能形式存在的可再生能源,目前已成为世界可再生能源发展重要研究对象。水轮机是将海流能转化为旋转机械能的一种机械装置,目前世界范围内大多数水轮机只可单向运行,而潮流、潮汐运动是双向的,所以可双向运行水轮机能够增加海流能利用率。叶片是水轮机关键部件,其性能直接影响水轮机性能。翼型是叶片剖面形状,本文通过设计翼型形状来实现双向运行水轮机叶片设计。本文最后进行了水槽实验,验证双向运行水轮机可行性。本文主要内容如下:(1)根据所收集的文献资料,介绍海洋能源分类及国内外水轮机发展状况,阐述水轮机叶片设计理论。以NACA4408翼型绕流为例,分析翼型边界层分离原因,以NACA6408绕流为例,分析翼型边界层分离后流场流体速度流线变化特点与压力变化特点。(2)选择三种不同弯度的NACA翼型做为基本翼型,通过反向对接法形成三种对称翼型,对三种对称翼型流场进行数值仿真,求出对称翼型升力系数、阻力系数和升阻比,分析对称翼型水动力特性受NACA翼型弯度影响程度。以其中一种对称翼型为例,分析对称翼型在不同攻角下流体速度流线分布特点。结果表明,对称翼型上翼面前部拱形和下翼面后部拱形可使对称翼型产生升力,因此对称翼型可以应用于双向水轮机叶片的设计。(3)选取对称翼型作为叶片翼型,基于wilson修正模型,运用MATLAB中的Fmincon函数求解出了叶片截面翼型弦长l和扭角?,并使用Solidworks软件对叶片进行了三维建模。运用ANSYS中Fluent模块对水轮机进行流场数值仿真,分析叶片之间流体速度流线分布特点。分析结果表明,本文设计的叶片能够使水轮机在流体中稳定运行。使用ANSYS中Static Structural模块对叶片进行流固耦合仿真,在不同流速下对比水轮机叶片变形特点与应力分布特点。分析结果表明,流体流速在0.5m/s~1.8m/s之间时,叶片最大变形和强度符合工程应用要求(4)对海流发电装置进行了总体设计,并且为提高水流流速,在水轮机外部加装导流罩装置。为考察水轮机实际工作效果,对水轮机进行了水槽实验,测出水轮机在不同流速下输出功率与获能效率。由实验数据可知,水流流速1.8m/s时,水轮机输出功率达到额定功率40W,获能效率达到最大值24.3%。实验表明,本文设计的叶片可使水轮机双向工作,并且水轮机正向运行时能量转化率和反向运行时能量转化率相同。