懸臂式潮流能垂直軸水輪機(jī)葉片流固耦合研究.pdf

1、隨著化石燃料的逐漸枯竭與環(huán)境的日益惡化，海洋可再生能源逐漸引起了世界各國的關(guān)注。潮流能作為海洋能中的一種，成為了海洋工程與能源領(lǐng)域中新的熱點(diǎn)。水輪機(jī)是一種主要的潮流能轉(zhuǎn)換裝置，隨著技術(shù)的發(fā)展以及效益的需求，水輪機(jī)逐步走向大型化，這就必然會帶來結(jié)構(gòu)變形及破壞等一系列研究問題。本文基于粘性流體力學(xué)理論及結(jié)構(gòu)有限元理論，針對懸臂式潮流能垂直軸水輪機(jī)葉片，采用單、雙向流-固耦合的方法，研究其水動力性能和結(jié)構(gòu)性能;并基于復(fù)合材料力學(xué)相關(guān)理論，對葉

2、片內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部蒙皮進(jìn)行了復(fù)合材料鋪層方式進(jìn)行了簡單的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過本文的研究，為懸臂式垂直軸葉輪各項(xiàng)性能的預(yù)測及葉片設(shè)計(jì)提供了一定的參考。本文主要開展了以下幾方面的研究。
　　基于CFD數(shù)值模擬方法，對懸臂式垂直軸水輪機(jī)葉輪進(jìn)行了系統(tǒng)的水動力性能計(jì)算分析，得出了其水動力性能隨速比的一系列變化規(guī)律。
　　利用有限元理論對均質(zhì)葉片進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度、瞬態(tài)動力學(xué)、模態(tài)以及疲勞分析，得出了懸臂式葉片在空氣中以及水中的一些結(jié)構(gòu)強(qiáng)度數(shù)

3、據(jù)。
　　在CFD數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，基于結(jié)構(gòu)有限元理論，采用單、雙向流-固耦合的方法，分析潮流能水輪機(jī)的水動力性能及結(jié)構(gòu)性能和其耦合規(guī)律，通過對比分析探討了兩種耦合方法在立軸懸臂葉輪各性能計(jì)算上的優(yōu)缺點(diǎn)。并通過雙向流-固耦合分析，探討了葉片材料屬性、水輪機(jī)速比等對葉片水動力性能以及結(jié)構(gòu)性能的影響，并針對部分速比及材料對葉片在運(yùn)行中一個(gè)周期內(nèi)的形變以及應(yīng)力變化等進(jìn)行了具體探討。
　　根據(jù)流-固耦合所得數(shù)據(jù)，基于復(fù)合材料力學(xué)相關(guān)