水平軸潮流能水輪機葉片的優(yōu)化設(shè)計及實驗性能研究.pdf

1、近十年來，我國進入到一個城市化建設(shè)高速發(fā)展的時期，對能源的消耗程度空前加劇。我國主要的能源消耗形式是煤炭的燃燒，這種能源供給形式不僅利用率低，而且對環(huán)境造成較大污染。進入21世紀以來，人們漸漸把目光投向了海洋，我國綿長的海岸線和豐富的海洋資源為發(fā)展潮流能提供了有利條件。近年來，許多研究機構(gòu)都在研發(fā)新型高效的的潮流能發(fā)電裝置，其中葉片的優(yōu)劣直接決定了水輪機捕獲能量效率的大小。本文針對我國海水流速范圍的水輪機葉片進行優(yōu)化設(shè)計、水動力學研究和

2、模型實驗研究。
　　本文首先概括總結(jié)了國內(nèi)外潮流能發(fā)展現(xiàn)狀，確定了以提升水輪機性能為目標設(shè)計高效率葉片這一方向進行研究。通過大量閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻，包括對葉片設(shè)計理論的分析和水輪機加工制造和檢測手段的方法，提出了科學可行的研究思路。然后按照研究思路，先使用QBlade軟件對Wilson設(shè)計方法生成的葉片模型進行初步性能預測，發(fā)現(xiàn)在額定工況點鄰域水輪機功率系數(shù)Cp下降明顯。針對這一狀況，應(yīng)用遺傳算法實現(xiàn)葉片的外形參數(shù)的優(yōu)化以提高水輪

3、機的捕能效率，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的模型性能明顯提升。
　　借助專業(yè)的流體模擬軟件FLUENT，對水輪機變安裝角，變流速和變?nèi)~片數(shù)目等不同工況點下的性能進行研究，給出相應(yīng)變化規(guī)律。然后針對我國海水流速低這一特點，篩選了一種導流罩對來流進行聚能，研究發(fā)現(xiàn)安裝導流罩后水輪機性能提升十分顯著。
　　最后，自主設(shè)計了一套小型水輪機模型實驗裝置，針對水輪機性能影響因素進行了相關(guān)實驗，通過實驗數(shù)據(jù)驗證了葉片設(shè)計的正確性和CFD數(shù)值模擬的可預測性，