漂浮式潮流能发电装置水动力特性试验研究

为了研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的水动力特性,设计试验模型和装置,进行静水拖航试验,测量系泊链拉力;控制水轮机转与不转,进行比较试验,测量水轮机转与不转时系泊链拉力和运动情况．试验表明：拖航速度为0．4m／s和0．5m／s时,水轮机不转,来流方向的1号和2号系泊链拉力相近;拖航速度为0．6m／s以上时,水轮机转动,1号系泊链拉力大于2号系泊链拉力,模型发生明显侧向位移;水轮机转动时1号系泊链的拉力为水轮机不转时的1．6～2．o倍;拖航速度增大,侧向位移变大,水轮机转动时的侧向位移量约为水轮机不转时的2．2倍;拖航过程中模型产生首倾和纵摇、横倾和横摇以及偏航,水轮机转动使模型的纵摇、横摇和偏航幅度增大．     

双转子垂直轴潮流能水轮机水动力干扰特性研究

为了研究双转子垂直轴潮流能水轮机水动力干扰特性及规律,采用计算流体力学方法对双转子水轮机组在定常流下的水动力进行了数值模拟,通过研究典型速比下不同轮机间距、不同转子旋向的双转子轮机的能量利用率、速度场演变、尾流场演化和相应工况下单转子水轮机的对比分析,发现双转子机组水轮机在高速比情况下比单转子水轮机获能效率更高,最高达到36%,而且随着轮机间距的增大双转子轮机增能效果反而降低;由于干扰效应的存在,双转子轮机的叶片表面产生更大的高速区域,尾涡也比单转子轮机更为复杂和混乱,表现为尾涡有偏转且融合的趋势,并随着轮机间距增大而减弱。     

并排水平轴潮流能水轮机组水动力特性研究

基于FLOW-3D软件平台建立三维水动力计算模型,研究水轮机横向间距、相对安装高度和来流速度对二台并排布置的水平轴潮流能水轮机组的水动力特性的影响。结果表明:随着横向间距的增大,水轮机组受到的与来流方向相同的最大水流作用力有一定减小,最大降幅达6.62%,尾流场中水流加速区域的最大流速也略有减小,最大降幅约1.21%;水轮机组相对安装高度和来流速度的改变,对其飞逸转速、最大水流作用力以及尾流场有显著影响。     

基于AQWA的潮流能发电平台稳定性研究

文章应用水动力学软件AQWA对在随机波浪荷载和风、流荷载联合作用下的浮动式发电平台的稳定性进行研究,分析了5种工况下该平台遭遇迎浪(0°浪向角)、艏斜浪(45°浪向角)、横浪(90°浪向角)时的横荡、纵荡、艏摇运动响应幅值,比较了该平台在破损工况(有系泊缆断裂工况)和完整工况(无系泊缆断裂工况)下的运动响应幅值。结果表明:平台的艏摇、横荡和纵荡运动响应的最大值分别发生在遭遇艏斜浪、迎浪和横浪时;在系泊缆断裂瞬间该平台所有方向运动响应均有大幅增加,其中破损自存工况下艏摇运动响应幅值是完整工况下的6~7倍。     

潮流能电站载体水动力响应分析

随着海洋能开发向深水的发展,潮流能的开发也有向更深海域发展的趋势.稳定可靠的水轮机载体,对水轮机正常工作及发挥其最大工作效率有着很大的影响.针对深水中水轮机浮式载体的水动力响应性能,基于三维势流理论,利用SESAM软件计算分析了2种不同载体的水动力性能,在对浮体运动性能影响较大的横摇、纵摇水动力响应方面,双体船的最大横摇角及最大纵摇角明显小于单体驳船.经对比分析得出,双体船形式载体在水动力性能方面更具优势.     

潮流能水轮机导流罩的水动力性能研究

借鉴传统水平轴潮流能水轮机结构的构造原理,本文提出一种可根据海流方向做自适应调整的轴流、悬浮式潮流能水轮机结构。为了提高这种新型潮流水轮机的发电效率,在水轮机外围设置了曲线线型的悬浮式导流罩结构。首先基于样机物理模型实验,验证了拟采用的CFD数值仿真方法的有效性。进而分别计算拟定的不同形状的10种导流罩模型结构的水动力性能,仿真结果表明收缩段和扩张段均为双三次曲线xm=0.3的对称线型导流罩具有最优的水动力性能。最后对这种新型潮流水轮机整体结构的水动力性能展开研究,结果表明相对于无导流罩工况,水轮机叶轮加装收缩段和扩张段均为双三次曲线xm=0.3的对称线型导流罩之后,其输出功率有较大提升。     

波流共同作用下水平轴潮流能水轮机水动力特性

通过开展物理模型试验,探究波流共同作用下水平轴潮流能水轮机尾流场的流速变化和紊动特性。结果表明:相比于纯流工况,波浪的存在有利于支撑结构后方水流的速度恢复,但会使水轮机叶片旋转水域后方近尾流的速度损失更大,远尾流的速度恢复更慢;水轮机下游流速会随波高和周期的增加而增大;波流共同作用工况下的湍流强度整体高于纯流工况;湍流强度随波浪周期的增大而减小,随波高的增大而变大。     

密实度对垂直轴潮流能水轮机水动力性能影响分析

为研究密实度对垂直轴潮流能水轮机水动力性能的影响,从水轮机直径、叶片数及叶片弦长三个方面考虑密实度的变化,采用CFD数值模拟方法得到不同密实度的水轮机的水动力性能,并总结出规律。研究结果表明:推力系数和侧向力系数均值均随密实度的增加而增加,而能量利用率均值随密实度的变化规律与速比相关;能量利用率、推力系数和侧向力系数的波动幅值随密实度的改变而发生变化,变化规律与导致密实度变化的参数相关。研究成果可为垂直轴潮流能水轮机的选型提供一定的参考依据。     

艏摇对立轴潮流能水轮机的水动力性能影响

为研究艏摇对立轴水轮机的水动力性能影响,采用ANSYS-CFX软件对2叶片立轴水轮机艏摇运行进行模拟分析.同时还对不同频率、不同速比下的推力系数和侧向力系数时历曲线进行分析,并采用最小二乘法拟合分析水轮机的载荷影响,结果表明:与在均匀流中仅做旋转运动的水轮机相比,艏摇运动不会影响水轮机的能量利用率,但是对推力和侧向力的瞬时波动幅值影响较大,速比和艏摇频率越大,瞬时值波动幅度越大;推力和侧向力的阻尼系数与艏摇频率无关,与速比有关,速比越大,阻尼系数越大.     

潮流能水轮机阵列水动力与布局优化研究进展

概述了潮流能水轮机阵列的水动力特性,总结了不同横向、纵向间距下水轮机尾流变化的一般规律,梳理了水轮机阵列布局的优化方法,从人工传统优化阵列布局与计算机自动优化阵列布局两方面回顾了水轮机阵列单目标优化与多目标优化的研究进展。人工传统布局结构简单且易于操作,有比较强的工程实践性,但物理试验可限制的约束条件有限,难以模拟阵列在真实海况下的发电情况;自动优化布局相比于人工传统布局更具有现实意义,但依然面临经济模块因素缺乏、多目标内容待完善、理论与实践未统一、前期准备时间较长等诸多挑战。     

水平轴潮流能水轮机耦合运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴水轮机的水动力特性发生变化,采用滑移网格技术对无界均匀来流中水轮机发生横摇和纵摇耦合运动时的三维水动力特性进行研究.结果表明:水轮机轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,且横摇和纵摇耦合运动时轴向载荷及能量利用率的计算结果与只发生纵摇运动的计算结果基本相同;横摇和纵摇耦合运动时横摇力矩计算值的波动幅值比只发生横摇运动时的大;横摇和纵摇耦合运动时纵摇力矩的计算值与只发生纵摇运动时的计算值存在差异,横摇频率越大,差异越明显.研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机的结构设计及电能控制等提供相关数据.     

水轮机利用潮流能发电技术

潮流能是一种海洋可再生清洁能源，与潮汐的涨落相伴。我国可开发潮流能质量居世界之首，资源开发前景广阔。     

变偏角垂直轴潮流能水轮机纵荡运动水动力分析

采用水轮机旋转运动与强迫纵荡运动的组合模拟水轮机的波浪运动响应,并应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机强迫纵荡时的流场和水动力特性进行分析,研究不同纵荡频率和纵荡幅值对水轮机水动力的影响规律.研究表明:与水轮机在均匀来流环境中仅做旋转运动相比,纵荡使水轮机尾涡间距发生疏密变化;水轮机水动力载荷瞬时值的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机纵荡频率,波动幅值随纵荡频率和纵荡幅值的增加而增加;载荷波动范围的最大值随纵荡频率和纵荡幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小.研究结果可为潮流电站电能输出控制系统及水轮机结构强度校核提供参考.     

电能稳定的潮流能发电最大能量追踪系统研究

通过对潮流能发电系统的研究,针对能量的最大利用和电能稳定的问题,采用液压传动,通过一种新型实时最大功率点追踪(MPPT)的方法进行容积调速可以较好地实现能量的最大捕获,后续电力电子部件通过模糊自整定PID调节的脉宽调制脉冲(PWM)实现电压及频率的稳定。为了验证控制系统的准确性和有效性,建立了系统的数学模型。运用Matlab/Simulink并结合液压系统软件AMESim来完成系统的建模和仿真。     

水平轴潮流能水轮机空化特性研究

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.     

动力参数与应力偶参数对轴承润滑性能的影响

研究了不同动力参数与应力偶参数对轴承润滑特性的影响．以微连续介质理论为基础,推导了二维非稳态应力偶流体动态润滑轴承的变形Reynolds方程．数值分析结果表明,应力偶流体与牛顿流体相比,油膜压力增加,从而油膜的承载能力提高,摩擦系数减小．轴承的偏心率越大,应力偶参数对承载力的影响越明显;动力参数越大,最大油膜压力值越大,应力偶效应越显著,且随动力参数值的增加,最大油膜压力值出现在θ增大的方向．     

限制水域浮体水动力特性研究

处理了浮体在限制水域作振荡运动时的水动力计算问题．计算结果表明：对于在振荡浮体两侧有全反射壁面的情形下，浮体水动力性能表现出奇异现象；这种现象完全不同于带有辐射边界条件的同类问题的解．两侧刚性壁面条件取代为无穷远辐射条件时，其结果是阻尼系数在全频域内对各种运动模式均为零解；附加质量在某些频段出现负值，且在某些频率下出现陡变现象．对这种水动力性态作了分析．     

码头系泊船水动力特性的研究

将船体作为细长体处理,计算了二维船体剖面的附加质量,数值结果表明,在某些频率处,附加质量为负值,对此作了分析。     

导流罩水动力特性及其对海流能机组的作用

为了提高海流能发电装置的能量捕获效率和有效的发电时间,采用FLUENT对9种结构型式导流罩进行数值模拟,并研究分析不同结构参数对翼型导流罩水动力性能的影响,在此基础上提出翼型导流罩的设计方法,最后基于该方法设计500 W海流能机组翼型导流罩.研究结果表明:相比于其他8种结构型式导流罩,翼型导流罩具有最佳的水动力性能;基...     

海洋内孤立波中张力腿平台的水动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式研究了两层流体中内孤立波与张力腿平台(TLP)的相互作用,针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算并分析了国际船舶结构力学会议提供的张力腿平台(ISSC-TLP)的内孤立波冲击载荷与运动响应,以及张力腿的张力变化特性.结果表明,内孤立波将对张力腿平台产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平漂移运动,并使得张力腿的张力显著增大.