往復(fù)式潮流發(fā)電系統(tǒng)運動模塊的設(shè)計與仿真.pdf

1、隨著能源短缺問題的凸顯和環(huán)境污染進一步加重，清潔能源已成為新能源開發(fā)利用的重點。作為清潔能源的重要組成部分，海洋能近年來得到大力發(fā)展，其中，因潮流能具有資源豐富和能量利用率高等優(yōu)勢，潮流發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用受到普遍重視。本文針對往復(fù)式潮流發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化問題，開展了往復(fù)式水流翼式和流致振動式潮流發(fā)電系統(tǒng)的運動模塊的優(yōu)化設(shè)計與仿真研究。分別建立了核心運動模塊的幾何模型，并利用計算流體力學(xué)和ANSYS、Fluent等計算軟件對運動模塊的工作狀態(tài)

2、進行了仿真計算，以期提升核心運動模塊的工作升力系數(shù)和系統(tǒng)的發(fā)電效率。
　　針對往復(fù)式水流翼發(fā)電系統(tǒng)的仿真設(shè)計，利用彈性材料的運動模塊代替剛性材料，建立水流翼的運動幾何模型，并且利用流固耦合計算法進行仿真運算，探究彈性材料對水流翼于升力系數(shù)的影響。往復(fù)式水流翼發(fā)電系統(tǒng)運動模塊仿真計算結(jié)果表明，彈性材料水流翼在流體中運動時會發(fā)生彈性形變，致使升力系數(shù)產(chǎn)生變化，當(dāng)模型升力系數(shù)E為108~106時，升力系數(shù)隨彈性系數(shù)的減小而增大的，當(dāng)彈性

3、系數(shù)繼續(xù)降低至50000，升力系數(shù)降低。最佳升力系數(shù)的彈性系數(shù)為E=106，在此條件下升力系數(shù)比E=5000與E=108分別提高了126.98％、161.2%，效果明顯。可見，彈性材料對于水流翼的升力系數(shù)有較大的影響，E=106為產(chǎn)生最高升力系數(shù)的材料彈性系數(shù)。
　　對于流致振動式發(fā)電系統(tǒng)的仿真設(shè)計，建立了7種類型，共計11個運動模塊的幾何模型，并且利用二維流體計算法和流固耦合計算法進行了仿真運算，此外結(jié)合不同模型的升力系數(shù)和流速

4、壓力周期等因素，探究了不同模型對運動模塊運動效果的影響。流致振動式發(fā)電系統(tǒng)運動模塊二維仿真計算結(jié)果表明，各模型可獲得往復(fù)周期性變化的升力，但是前端為平頭的模型更加理想；另外發(fā)現(xiàn)，升力系數(shù)隨x軸方向長度增大而增加，模型伴隨長度增加對系統(tǒng)周期性造成影響，導(dǎo)致升力系數(shù)出現(xiàn)不穩(wěn)定。結(jié)果表明，x方向為0.15m的半圓延長模型，在升力系數(shù)和周期性上都有明顯的優(yōu)勢。
　　流致振動式潮流能發(fā)電系統(tǒng)運動模塊流固耦合仿真計算結(jié)果表明，運動模型可實現(xiàn)往