双螺旋转子式波浪能发电装置数值仿真与实验研究

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波浪能蕴藏丰富,便于采集利用,是环保无污染可再生的绿色能源。在当前能源危机的社会背景下,波浪能的开发利用对社会发展、经济繁荣和边防建设的能源供应有着重要意义。针对课题组提出的双螺旋转子式波浪能装置,本文从理论分析、仿真模拟、水槽实验三个方面进行了相关研究。主要内容有:(1)从能源利用与社会发展的角度阐述课题研究的背景和意义,并对国内外波浪能装置进行分类研究,分析这些装置的工作机理及装置特性;(2)对装置与波浪相互作用机理进行分析,基于三维势流理论,分别得出过流部件圆管所受波浪力方程和叶轮叶片上的动力方程,为后面三维全流道模拟仿真中相关物性参数、边界条件等项设置提供流体力学参考;(3)利用计算流体力学计算软件进行了三维全流道模拟仿真,研究表明:当来流速度较小时,12mm叶片厚度时的转矩略大于另外两种情况,可以说叶片厚度对转矩影响不大;而当来流速度较大时,叶片厚度对转矩影响明显起来,叶片厚度为8mm时的转矩最小,叶片厚度为4mm时的转矩大于另外两种情况,说明在来流速度较大时,叶片越薄,叶片形状越符合流线,装置效率越高;在不同流速下,转矩随着叶片高度的增加而降低;在不同流速下,随着叶轮长度的增加,转矩先升后降,在60mm附近处较大;叶缘间隙对转矩的影响还是比较明显的,随着间隙越大,转矩却在减小;间隙增大,泄漏损失增加,装置效率降低;随着叶片数的增加,转矩先升后降,在叶片数15左右达到最大,来流速度越大,这种现象越明显;附加收缩段能够有效地改变流动状态,获得较大的转轮转矩,对提升装置效率很有帮助,收缩段倾斜角在15?时转矩最大;(4)对装置模型进行波浪水槽实验,改变造波参数,采集装置输出参数,分析波浪对装置性能的影响,针对实验中出现的问题提出参考性建议。实验表明,40cm水深时,装置转速最快,且转速随着周期的增加而降低。
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