輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)不可再生的化石燃料也伴隨著工業(yè)的發(fā)展而逐漸消耗殆盡，能源危機(jī)日益加劇，而我國(guó)能源供應(yīng)形勢(shì)更為緊張；同時(shí)伴隨著工業(yè)對(duì)化石燃料的消耗所產(chǎn)生的大氣污染和溫室效應(yīng)已經(jīng)嚴(yán)重影響和制約了人們的生產(chǎn)和生活方式，這已經(jīng)引起了全世界各個(gè)國(guó)家的關(guān)注和擔(dān)憂，因此尋找一種新型可再生清潔能源來替代傳統(tǒng)所依靠的化石能源顯得十分必要。
　　目前全世界范圍內(nèi)對(duì)新能源開發(fā)利用比較成熟并進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的是太陽能、風(fēng)能、潮汐能和地?zé)崮艿?。?/p>

2、而海洋能也是一種新型可再生能源，是蘊(yùn)藏在海洋中的清潔自然能源，其中應(yīng)用比較廣泛的是海洋波浪能和潮流能等。而這些自然能源則是以巨大的動(dòng)能、勢(shì)能等能量形勢(shì)蘊(yùn)藏在廣闊的海洋中，因此如果有一種形式可以將這些巨大的能量收集起來并加以利用，這必將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。
　　本課題基于目前嚴(yán)峻的能源形勢(shì)以及對(duì)海洋可再生能源開發(fā)利用研究的基礎(chǔ)，自行研發(fā)設(shè)計(jì)了一種以水輪機(jī)作為浪流能捕獲裝置的小型、模塊化海洋能發(fā)電裝置。通過前期方案的建立、建模仿真、樣

3、機(jī)生產(chǎn)加工、裝置發(fā)電性能的測(cè)試以及發(fā)電裝置實(shí)驗(yàn)室水槽試驗(yàn)和海上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，課題已收獲有益成效。該裝置通過陣列環(huán)布葉片的水輪機(jī)，有效捕獲并轉(zhuǎn)化海洋波浪與潮流能，水輪機(jī)主軸直接與發(fā)電機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)單級(jí)傳動(dòng)，克服傳統(tǒng)發(fā)電裝置多級(jí)轉(zhuǎn)換效率低下等問題。整個(gè)裝置利用浮筒漂浮海面，錨鏈系泊，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制，離岸運(yùn)行。該課題延伸可與海上風(fēng)能、太陽能等組成多能互補(bǔ)的供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)島礁低成本供電、海水淡化和生活污水處理等一體化系統(tǒng)，具有良好的應(yīng)用前景。

4、>　　論文首先對(duì)我國(guó)目前嚴(yán)峻的能源供應(yīng)形勢(shì)以及對(duì)海洋可再生能源開發(fā)利用的必要性進(jìn)行了綜述，詳細(xì)介紹了目前國(guó)內(nèi)外對(duì)海洋波浪能與潮流能的開發(fā)利用技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展，并提出了本文所研究的“輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬研究”課題，并就課題所設(shè)計(jì)的方案的可行性進(jìn)行了理論論證工作。
　　其次詳細(xì)闡述了輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的方案設(shè)計(jì)過程。包括發(fā)電裝置方案的選擇以及對(duì)裝置的一些關(guān)鍵零部件選擇，并對(duì)裝置的水動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了理論分析研究。建立發(fā)電系

5、統(tǒng)的二、三維數(shù)學(xué)模型，并對(duì)后期發(fā)電裝置的數(shù)值模擬分析以及試驗(yàn)研究提供了基礎(chǔ)。
　　關(guān)于發(fā)電裝置關(guān)鍵零部件有限元分析數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)的介紹了有限元方法在工程結(jié)構(gòu)受力分析過程中的應(yīng)用，以及大型通用有限元分析軟件ANSYS的求解分析模塊，針對(duì)課題中浪流輪機(jī)的關(guān)鍵部件主軸進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析，并就發(fā)電裝置的浮筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬研究。
　　論文重點(diǎn)介紹了輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬仿真計(jì)算，建立了流體力學(xué)控制

6、方程組，選擇離散化的數(shù)值模擬方法對(duì)發(fā)電裝置的輪機(jī)葉片做了基于Fluent軟件的流體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算研究。詳細(xì)介紹了輪機(jī)葉片的建模與離散化的二維網(wǎng)格劃分方法，并通過對(duì)輪機(jī)施加初始和邊界條件限制，選擇適合輪機(jī)仿真計(jì)算的湍流模型并進(jìn)行求解計(jì)算。借助于Fluent軟件求解計(jì)算模擬方法，對(duì)輪機(jī)葉片的葉片數(shù)、輪機(jī)安裝傾角、輪機(jī)葉片所受流場(chǎng)中流體力的扭矩與受力作用等進(jìn)行了水動(dòng)力學(xué)分析，這為課題后期對(duì)輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐與設(shè)計(jì)依據(jù)。

7、
　　輪機(jī)式浪流發(fā)電裝置試驗(yàn)研究與結(jié)果分析部分通過對(duì)發(fā)電裝置的模型進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)室水槽試驗(yàn)，分析發(fā)電裝置的發(fā)電性能，并進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到較為理性的試驗(yàn)狀態(tài)后對(duì)裝置進(jìn)行了海上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，并比對(duì)前期的數(shù)值模擬仿真與實(shí)驗(yàn)室水槽試驗(yàn)，分析和驗(yàn)證課題方案的合理性。課題無論是在初期實(shí)驗(yàn)方案的確立還是后期的實(shí)驗(yàn)裝置模型數(shù)值模擬仿真以及最后的實(shí)驗(yàn)室水槽試驗(yàn)和海上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，整個(gè)課題過程積累了大量的研究方法理論和基礎(chǔ)，為今