渦激振動(dòng)水流能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力及功率特性的模型實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、渦激振動(dòng)水生清潔能源是一種利用水中渦激振動(dòng)現(xiàn)象從周圍流場中提取水流能量的新興清潔能源技術(shù)。渦激振動(dòng)能量基本發(fā)生裝置由一個(gè)彈性支撐的振動(dòng)體構(gòu)成，無需建壩，在特定的河流區(qū)或海域，若干根相同或不同的振動(dòng)體組成的空間陣列就形成了河流或海洋能發(fā)電場，具有良好的規(guī)?？蓴U(kuò)展性。傳統(tǒng)的水力發(fā)電的方法是使用水輪機(jī)，而且需要至少2m/s的流速才能發(fā)揮較好的經(jīng)濟(jì)效益，而渦激振動(dòng)水生能源技術(shù)可在僅為0.25m/s的低流速情況下提取水流能。該能源技術(shù)還具有以下優(yōu)

2、點(diǎn):能量密度高;不影響水面交通;對水中生物友好;維修費(fèi)用低;系統(tǒng)穩(wěn)健;使用壽命較長。渦激振動(dòng)水生能源的這些特點(diǎn)展現(xiàn)出該技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于河流、海洋、潮汐和其他水流上的廣闊發(fā)展前景，因此開展對渦激振動(dòng)水流能轉(zhuǎn)換裝置的研究對全球可再生清潔能源的開發(fā)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等具有重要的科學(xué)意義和工程意義。
　　本文先綜述了渦激振動(dòng)及其能量轉(zhuǎn)換裝置的國內(nèi)外現(xiàn)狀，介紹了渦激振動(dòng)基本理論以及水流能的轉(zhuǎn)換原理;建立了基于能量轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)方程，得到了關(guān)于

3、振動(dòng)模型、發(fā)電機(jī)模型、能量傳遞模型以及阻尼分析等相關(guān)數(shù)學(xué)方程，并得到了裝置輸出功率與能量轉(zhuǎn)換效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式;對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了量綱分析與相似分析，得到了一系列重要的無量綱參數(shù);在物理模型實(shí)驗(yàn)方面，介紹了一些重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器，然后通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析，得到了如下結(jié)論:本實(shí)驗(yàn)裝置的渦激振動(dòng)鎖定區(qū)間大約5-7.7;在鎖定區(qū)間內(nèi)，當(dāng)裝置的振幅比最大值為1.2，頻率比可以高達(dá)1.15;并觀察到了升力系數(shù)與拖曳力系數(shù)兩者頻率之間的關(guān)系以及

4、頻率鎖定的現(xiàn)象;本裝置在流速0.485m/s-0.664m/s的范圍內(nèi)有持續(xù)的最大輸出功率1.5w，而且僅當(dāng)流速為0.485m/s時(shí)裝置就可以達(dá)到最大能量轉(zhuǎn)換效率0.30，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與國外學(xué)者的研究成果進(jìn)行了對比，證明了該實(shí)驗(yàn)裝置具有一定的參考價(jià)值;最后通過對比增速和減速情況下裝置的特性，證明了遲滯現(xiàn)象會(huì)在一定范圍內(nèi)增強(qiáng)裝置的渦激振動(dòng)響應(yīng)。
　　本文通過對渦激振動(dòng)水流能轉(zhuǎn)換裝置相關(guān)原理的理論分析與模型實(shí)驗(yàn)，得到了一些可供參考的數(shù)