豎軸潮流水輪機水動力性能理論與實驗研究.pdf

1、豎軸潮流發(fā)電水輪機是目前廣泛實驗和研究的潮流能轉(zhuǎn)換裝置。它對水深和流速的要求不高，不受來流方向變化的影響，不需要額外的偏航對流機構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。而且通過設計和采用合適的葉片運動控制機構(gòu)，豎軸水輪機通常能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動，并獲得較高的能量利用率。因此，針對這種水輪機葉片控制機構(gòu)和水動力性能計算與預報方法的研究近年來受到人們越來越大地關(guān)注。 在葉片運動控制機構(gòu)的設計與研究方面，本文首先通過建立和完善豎軸水輪機水動力性能理論模

2、型，以及分析速比、葉片偏角等參數(shù)對水動力性能的影響，總結(jié)了葉片運動控制機構(gòu)的工作原理；然后通過比較現(xiàn)有的各種變攻角葉片控制機構(gòu)的設計思路和工作特點，進行了彈簧控制式變攻角水輪機的設計和模型實驗，結(jié)果表明水輪機能夠自啟動，而且能量利用率性能有一定的提高；最后根據(jù)實驗結(jié)果初步分析了其水動力性能和影響因素，例如彈簧剛度和密實度等。目的是檢驗葉片控制機構(gòu)的可靠性和效果，為性能更好、工作更可靠的葉片控制機構(gòu)的設計以及數(shù)值計算方法的比較和驗證提供參

3、考和依據(jù)。 在性能計算和預報方法方面，本文首先根據(jù)動量定理原理，建立了雙盤面多流管模型，并結(jié)合葉片動力學分析將其運用到被動式變攻角水輪機—彈簧控制式水輪機的水動力性能計算上；通過對流管擴張、動態(tài)失速、葉片自轉(zhuǎn)效應的修正，使計算方法更趨完善。然后利用非定常面元法，以單個葉片非定常運動數(shù)值計算方法為基礎(chǔ)，建立多葉片非定常運動的渦面元法模型，分析了多個葉片共同運動時的葉片與尾渦以及葉片與葉片之間的干擾效應和葉片載荷特性；同時，考慮到水

4、輪機工作速比較小時，葉片攻角變化范圍大的特點，參考離散渦方法，建立了分離流動模型，模擬流動分離對水輪機性能的影響，使計算更具合理性。最后通過大量算例與實驗值的比較，檢驗了這兩種方法的適用性和準確程度。 在水輪機性能研究方面，以各系列算例的計算結(jié)果為依據(jù)，詳細分析了速比、葉片數(shù)、弦長直徑比、偏角變化規(guī)律以及葉片自轉(zhuǎn)軸位置等參數(shù)影響水輪機性能的原理、方式和結(jié)果，總結(jié)了葉片和轉(zhuǎn)子的瞬時載荷、轉(zhuǎn)子的平均載荷、水輪機的能量利用率以及自由渦