外文翻譯--通過油水界面性能數值模擬的威爾斯渦輪機設計參數分析 中文版

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯</p><p>　　系別： 機械工程系 </p><p>　　專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　班級： </p><p>　　姓名：

2、 </p><p>　　學號： </p><p>　　外文出處 Ocean Engineering </p><p>　　附 件：1、外文原文；2、外文資料翻譯譯文。</p><p>　　注：請將該封面與附件裝訂成冊。</p><p>　　海洋工程29（2

3、002）1463－1477</p><p>　　通過油水界面性能數值模擬的威爾斯渦輪機設計參數分析</p><p>　　A.布里托-梅洛，L.M.C.加托，A.J.N.A.薩爾門托</p><p>　　機械工程系，西班牙優(yōu)秀設計員，里斯本技術大學av.</p><p>　　Rovisco Pais，1049-001里斯本，葡萄牙 </p

4、><p>　　2001年5月22日收到，于2001年8月30日接受</p><p><b>　　3.結果與討論</b></p><p>　　試驗研究不同類型的轉子葉片，最近對這些葉片進行了管理來提高空氣動力學性能（Raghunathan，1995年，加托，1999年a，b）。在這些類型當中，我們考慮兩個渦輪葉片配置，這可能會提供一個更大范圍的流量，

5、在這個流量范圍內渦輪機可以完全以不錯的效率運行，與更多標準NACA0015無后掠葉片的渦輪機轉子相比：他們是向后掠NACA0015葉片（韋伯斯特和加托，1999年）。圖1所示，優(yōu)化HSIM-15-262123-1576的未波及葉片（加托和恩里克斯，1996年），如圖2所示。為了進行比較，我們采取NACA0015無后掠葉片（加托等人，1996年）。</p><p>　　圖3和圖4顯示了在IST鉆機上單向流動小規(guī)模測

6、試的實驗結果（韋伯斯特和加托，1999年a，b）。結果列于圖3和圖4，高堅固性的威爾斯渦輪機的轉子（轉子外半徑為R0.295米，常數翼弦C125毫米，渦輪實度0.64，上文提到的葉片配備，有或無導流葉片。數據顯示，在無量綱形式中，實驗結果為效率與壓力降相關，和轉矩,及函數流量系數相關（是空氣密度）。無導流葉片的渦輪機在圖3中的結果顯示，NACA001530無后掠轉子在時具有較低的為0.583，NACA001530°向后掠轉子在

7、時具有較低的為0.583，但沒有表現出無后掠轉子的轉矩急劇下降。此外，在失速條件下，轉子掃略的轉矩在一個更高流量時變?yōu)樨?，，而無后掠轉子在時效率變負。無后掠HSIM裝有葉片的轉子顯示出了與向后掠轉子類似的hmax，但通過轉子葉片產生的逐步失速的流量，在很寬的流速范圍內顯出更高效率失速的發(fā)生。</p><p>　　【】圖1，轉子葉片掠角 </p><p>　　【】 圖2 NACA00

8、15和HSIM15-262123-1576部分。</p><p>　　圖4表示配備相應的情節(jié)相同的渦輪機轉子雙列的導流葉片。如圖4實驗結果，導流葉片的使用為上述任何幾何形狀增加了hmax，即從0.583到0.706，0.551到0.613和0.553到0.669。此外，我們發(fā)現，使用導流葉片縮小了流量范圍，在這個范圍內渦輪機以正扭矩運轉。</p><p>　　【1469 圖（a）（

9、b）（c）】</p><p>　　圖3. 無后掠和30°向后掠NACA0015和無后掠HSIM轉子葉片渦輪機，無導流葉片：效率的測量值（a）中，壓力降（b）和扭矩（c）針對流量系數。</p><p>　　【1470 圖（a）（b）（c）】</p><p>　　圖4. 無后掠和30°向后掠NACA0015和無后掠HSIM轉子葉片渦輪機，帶導流葉片

10、：效率的測量值（a）中，壓力降（b）和扭矩（c）針對流量系數。</p><p>　　表1總結了六個渦輪機的性能數據，其中和分別為最小和最大的流量系數，效率名義上是。然而，和給出了這樣一個跡象，即當中壓力和流率比例近于直線的范圍時的操作范圍。在上面的性能對比中，穩(wěn)定的整體堅固性被假定為不同的渦輪機配置。表1中的結果顯示出，轉子葉片的幾何形狀對渦輪機的性能具有顯著的影響。特別是與在 較窄的流量范圍內有更高的峰值效率的

11、渦輪機相比，一些轉子的幾何形狀會給與相當寬的流量范圍，在這個范圍中，渦輪機可以高效運行。</p><p>　　圖5-7通過44個有代表性的波浪氣候的亞速爾群島網站的記錄給出了平均電力輸出，并考慮到各海況的發(fā)生頻率設定的數值。結果給出了渦輪機特性K為幾個值的額定功率。表2表示在哪些設計的不同類型的渦輪機轉子及旁通壓力釋放閥的流量系數值。</p><p>　　3.1 NACA0015無后掠轉子

12、葉片和導流葉片</p><p>　　圖5給出了研究NACA0015無后掠葉片的轉子使用導流葉片的數值模擬的結果。圖5還展示出了有或者無龐統(tǒng)壓力溢流閥，導流葉片的使用都會使平均電功率輸出有顯著的增加。圖3和圖4中繪制的NACA0015有或者無導流葉片的轉子的曲線圖，分別顯示出帶導流葉片的渦輪機具有最大效率.無導流葉片的渦輪機的轉矩曲線具有較寬的流量范圍，超過這個范圍渦輪機將以良好的效率運行。數值模擬的結果揭示了有用

13、的導流葉片。此外，他們顯示的是在上述條件下，渦輪機的空氣動力學設計標準應該是最大化的渦輪機的峰值效率，即使可能導致相對于流速曲線有一個較窄范圍的效率。此外，可以發(fā)現，使用導流葉片會導致渦輪機尺寸的一個小的增加，然而，這不應該構成重大的問題，因為渦輪機的成本只有整個工廠成本的一小部分。</p><p>　　【1471 表1】</p><p>　　【1472 圖（a）（b）（c）】&l

14、t;/p><p>　　圖5（a）的結果還表明，不管導流葉片是否被承認電功率輸出作為渦輪機的額定功率的功能的趨勢是一樣的，。圖6顯示出電功率輸出的顯著增加。被看做渦輪機額定功率增大到600KW。最大電功率輸出已實現，在模擬中考慮渦輪機額定功率的范圍。</p><p>　　【1473 圖（a）（b）】</p><p>　　圖6，向后掠的30°NACA0015轉子

15、葉片渦輪機和無導流葉片（a）和無旁通閥（b）：作為渦輪機的特性函數K，渦輪機的額定功率為幾個值。</p><p>　　圖5（b）給出了使用旁路泄壓閥的情況下的數值模擬結果。在這樣的條件下，當使用旁路泄流閥時，與相應的情況下相比，總的轉換功率相當小。另外，轉換后的電功率隨渦輪功率增長至900kw，高于這個值時，轉換后的功率將減小，因為小流量渦輪機損失和機械損失。轉換的最大電力獲得的常數k的值，類似于使用旁路溢流閥獲

16、得的。</p><p>　　【1474 圖（a）（b） 】</p><p>　　圖7中，HSIM轉子葉片渦和無導流葉片（a）以及無旁通閥（b）：作為渦的特性函數k，渦的額定功率為幾個值。</p><p>　　【 1474 表2】</p><p>　　3.2NACA0015橫掃轉子葉片，有或者無導流葉片&

17、lt;/p><p>　　圖6給出了研究使用導流葉片對NACA0015 30°向后掠轉子葉片的影響的數值模擬的結果。可以看出，導流葉片的使用不利于沒有溢流閥的情況。這是由于與無導流葉片的渦輪機相比，裝有導流葉片的渦在停滯流動條件下的性能最差（見圖3和圖4）。</p><p>　　如圖5和圖6比較所示，①裝有橫掃葉片轉子的渦比無后掠葉片渦的性能差，②假定該導流葉片和壓力釋放閥都被使用。

18、這個結果與圖4所示的相同的渦的性能曲線相符。</p><p>　　當考慮使用溢流閥且無導流葉片時，向后掠NACA0015葉片的轉子與無后掠NACA0015轉子相比，表明向后掠的轉子葉片比相應的無后掠的轉子生產的能量少。在這些條件下，與向后掠葉片相比，無后掠轉子具有比失速之前效率更高的優(yōu)點。然而向后掠葉片的好處是，目前向后掠葉片沒有旁路壓力釋放閥且不使用導流葉片。</p><p>　　對于一

19、個給定的渦的額定功率，電能的轉換作為渦特性k的一個功能，這兩種類型的渦是相似的，既當最高轉換達到195k119.4Pam3S時，無論是否使用旁路泄壓閥都一樣。</p><p>　　此外，可以看出，旁通閥的使用與向后掠葉片轉子的配合不會導致一個顯著增加的平均功率轉換，與所發(fā)現的相應條件下無后掠葉片渦輪機相反。這是由于在較寬的流速范圍內，向后掠葉片轉子的渦可以以良好的效益工作。</p><p>

20、;　　3.3 HSIM轉子葉片和無導流葉片</p><p>　　圖7的結果顯示，無后掠HSIM葉片轉子在使用旁通閥（圖7a）和不使用旁通閥時（圖7b），有或無導流葉片相比較，可以看出，當無導流葉片的渦的旁路泄壓閥運行時，所產生的電能稍高，可以看出，當無導流葉片的渦的旁路泄壓閥運行時，所產生的電能稍高。在渦帶導流葉片的條件下也可以發(fā)現使用旁路壓力泄壓閥可以使電功率轉換有較大幅度的提高。</p><

21、;p>　　當HSIM葉片轉子與NACA0015（圖5）比較時，在無導流葉片和帶有旁通閥這兩種情況下，我們觀察到NACA0015裝有葉片的轉子的渦可以獲得更好的性能。這意味著與HSIM葉片轉子的下部較寬的曲線相比應優(yōu)選高峰窄的NACA0015葉片轉子的效率曲線。</p><p>　　圖4表明，當使用旁通閥時無后掠NACA0015葉片轉子比HSIM葉片轉子的轉矩曲線更有利。與此相反目前如果沒有旁通閥是事實。雖然

22、在流速范圍更寬時HSIM轉子葉片具有正的轉矩，有或者無導流葉片，其結果與NACA轉子葉片相比表明，如果使用壓力釋放閥，至少波氣候在亞速爾群島是不利的。</p><p>　　如果不考慮旁通閥，可以通過使用HSIM葉片得到稍微好一點的性能。我們注意到，HSIM葉片會導致更高的額定功率和尺寸更小的渦輪機，然而如果考慮到電動發(fā)電機和其電力電子的成本，這可能不會是一個優(yōu)勢。</p><p><

23、b>　　4. 結論</b></p><p>　　通過波線理論來模擬電源轉換鏈的數學模型可以用來匹配多個威爾斯渦輪機油水界面波能量轉換器。主要關注的是威爾斯渦輪機的峰值效率與渦輪機可以高效運轉的流率范圍的寬度（固有有限），尤其是考慮在油水界面工廠中結合使用一個旁路壓力釋放閥。</p><p>　　旁路高壓溢流閥被發(fā)現為在類似的工作條件下研究的每個渦輪設計，以提供更高級別的電

24、能生產。這一增長對無后掠NACA0015帶有導流葉片的轉子尤為重要。這個渦輪機為所有研究的渦輪機配置提供最佳的電源轉換。</p><p>　　無后掠NACA0015無導流葉片，且無旁路減壓閥的轉子表現最差。數學模型預測這種情況下，最大的平均電能生產只有60%左右，這樣可以實現最好的安排，即無后掠NACA0015導流葉片與壓力釋放閥并行工作的轉子。</p><p>　　當不考慮溢流閥時，無后

25、掠HSIM帶或不帶導流葉片的轉子提供了最佳的功率轉換。</p><p>　　旁通壓力釋放閥的使用已經被發(fā)現用來減小渦輪機的尺寸和額定功率。</p><p>　　當旁通溢流閥被應用于油水界面的控制時，渦輪機的設計應著眼于渦輪機的峰值效率最大化，即使這會導致一個較窄的效率曲線。相反，當沒有考慮旁通閥時，計算結果表明，渦輪機的空氣動力學設計會導致渦輪機能夠在一個很寬的流速范圍內以相當不錯的效率運