潮流能导管涡轮发电装置水动力学特性影响因素

采用自主研发的新型翼型设计一种潮流能导管涡轮发电装置,通过计算流体力学(CFD)技术对该装置进行水动力学性能研究。从翼型、导管长径比、导管收缩比、转子与导管的叶尖间隙及导管截面形状等方面分析其对涡轮水动力学性能的影响。研究结果表明:新型翼型具有良好的水动力学性能。相比无导管的裸涡轮,导管能显著提高涡轮的输出功率和轴向推力。随着导管长径比的减小和收缩比的增大,涡轮的输出功率和轴向推力也随之增大。导管与转子之间的间隙越小,涡轮的水动力学性能越好。此外,导管截面形状对涡轮的水动力学性能有较大影响,在所采用的4种截面形状中,圆弧切面形状具有较好的性能。研究成果为潮流能导管涡轮发电装置的设计提供了参考依据。     

潮流能水轮机叶片翼型水动力性能的数值模拟研究

鉴于潮流能水轮机叶轮叶片性能的好坏关系到叶轮的捕能效果,而叶片翼型的水动力性能是叶片设计的基础,基于CFD软件ANSYS CFX对部分翼型的水动力性能进行了分析。首先在不同湍流模型下对NACA2412翼型的部分水动力特性进行数值模拟并与试验值做对比分析;然后在SST湍流模型下,对NACA64421翼型在攻角为0°时,探讨了边界层网格对数值模拟结果的影响;并对其在攻角为-2°~20°情形下的水动力性能进行了数值模拟。结果表明,湍流模型的选用、边界层网格划分及近壁尺寸的选取对数值模拟结果的影响均较大,并通过数值模拟得到了NACA64421翼型的升力系数、阻力系数、最佳攻角、失速角等水动力性能参数,可为水轮机叶片设计时翼型的选取提供参考。     

CFD技术在潮流能发电装置设计中的应用

潮流能发电装置是潮流能发电系统的核心组成元素,发电装置的设计在很大程度上决定着整个发电系统的优劣,本文阐述了CFD技术在潮流发电装置设计开发中的优势及重要性,并结合实例,证明该方法在潮流能发电装置设计中的有效性。     

后掠式水平轴潮流能水轮机的载荷与获能特性研究

针对双向潮流能有效利用问题,设计一种基于对称翼型的新型后掠式水平轴潮流能水轮机,并研究其水动力性能。根据对称翼型升阻力特性与叶片展向攻角变化,采用变截面设计优化后掠式对称翼型叶片,并基于Buhl修正模型分析不同后掠偏移叶片所受推力与获能特性。通过3D建模与水槽实验,研究不同后掠偏移叶片的载荷与获能情况。模型实验研究表明,同一尖速比下,后掠偏移量为10%和15%的水轮机相对于偏移量为5%的水轮机所受推力最大分别降低4%和13.3%,获能效率最多分别减小3.8%和11.1%,其中推力比获能效率减幅更大。实验结果与理论分析变化趋势吻合,但减幅比理论值偏高。此外,该水轮机3种后掠偏移量下对应获能效率随桨距角的增大分别降低18%、14%和6%,获能效率下降显著,与300 kW样机实海况运行情况变化趋势相同。     

不同偏流角下潮流能水轮机水动力特性与熵产率分析

采用CFD与熵产理论相结合的手段,分析了不同偏流角对潮流能水轮机水动力特性的影响,发现偏流使无导管水轮机和导管水轮机输出功率及轴向推力均不同程度地降低,偏流20°时,两者功率最大下降率分别达到30.6％、16.8％,转子轴向推力最大下降率分别达到30.2％、19.8％.由于导管的聚流效应,不同偏流角下导管水轮机相比无导...     

安装于跨海桥梁下部结构的竖轴潮流能水轮机水动力性能研究

文章采用物理模型实验和基于Fluent的二维数值模拟方法研究了竖轴水轮机安装在典型桥梁下部结构(单圆桩、圆端形墩台、四圆桩)且相对尺寸发生变化时,水轮机水动力性能的变化情况.研究结果表明:与桥梁下部结构组合后,竖轴水轮机的能量输出显著提升,单圆桩提升幅度最大,圆端形墩台次之,四圆桩最小;单圆桩和圆端形墩台相对水轮机尺寸...     

波浪条件对潮流能水轮机及载体平台的影响

为研究波浪条件对漂浮式水平轴潮流能水轮机发电装置的载体平台与水轮机之间水动力性能的影响,应用计算流体力学(CFD)方法,利用STAR-CCM+软件的DFBI运动模块,设置多种波浪条件,计算载体平台和水平轴水轮机耦合作用,分析得出不同波浪条件对系统运动响应的影响规律。研究表明,波幅和波长对载体平台和水轮机的纵摇、纵荡、垂荡均有显著影响,且纵摇、纵荡、垂荡随波幅的增大而增大;波长1.5倍载体总长时平台纵摇幅度最大,此波长也是纵摇共振波长和同步垂荡波长。     

基于功率区间划分的潮流能发电装置电能质量特性分析

在对中国自主研发的潮流能发电装置现场测试中获取的电能质量数据的基础上,提出功率区间划分的分析方法.以该装置的额定功率为基准划分功率区间,统计各功率区间的电能质量数据,独立分析各功率区间的电能质量特性,阐述产生电能质量问题的原因以及并网后对电网造成的影响.该方法的应用可提高潮流能发电装置电能质量特性分析的准确性,能辅助找...     

基于改进延迟分离涡方法的潮流能水轮机纵摇运动水动力分析

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响,该文基于改进延迟分离涡模型（IDDES）与滑移网格技术相结合的方法,建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的数值模型的计算精度,其次在不同纵摇频率和纵摇幅值下,对浮式潮流能水轮机开展三维非定常模拟。研究结果表明：1）水轮机水动力系数（能量利用率系数和轴向载荷系数）的整体波动频率为纵摇频率的两倍,同时伴随着频率为叶轮转频的高频脉动;2）随着纵摇频率的增加,水轮机平均水动力系数略有增加,而随着纵摇幅值的增加,其平均水动力系数略有减小,但均小于无纵摇工况下的平均水动力系数;3）在纵摇最大振幅位置处,水轮机各叶片迎流面承受不同程度的水压载荷。纵摇运动对平衡位置和最大振幅位置处的尾迹均有影响,且尾迹出现较为明显的低速区摆动现象。     

对转双叶轮潮流能发电装置次级透平设计方法与实验

提出一种对转双透平水平轴潮流能发电透平的设计方法,使用流体仿真软件模拟通过前透平后流体速度场及流动发展参数,确定双透平最佳间距及后透平最佳直径,进而通过将非定常流动平均化为定常流动,同时通过在叶素理论中加入切向速度以及动量理论中加入流动发展参数,改进得到适合后透平设计的叶素动量理论,完成后透平叶片的设计,并通过实验验证此设计方法可提升潮流能的利用效率。     

多工况条件下变叶片数潮流能水轮机能量及流动特性研究

文章建立了潮流能水轮机水动力性能数值计算模型,通过实验验证了利用该模型预测水轮机尾流的准确性,并利用该模型研究了潮流能水轮机在不同叶片数和不同叶尖速比条件下的能量和流动特性。研究结果表明:该数值计算模型在预测尾流速度亏损和湍流强度方面具有较好的精度,尤其在远尾流区,数值计算结果与实验结果保持一致;当叶尖速比(TSR)为4.5左右时,3叶片和4叶片的潮流能水轮机具有相对较高的获能系数,此结果对于水平轴潮流能水轮机的设计具有一定的指导意义。     

潮流能的利用及研究状况

介绍了潮流能机组发电技术原理,详述了国内外潮流能发电技术的研究状况及应用情况。     

海浪条件下水平轴叶片式潮流能水轮机流动特性的数值模拟

为了研究自由海浪条件下的高潮汐流速对水平轴潮流能水轮机的动态特性影响,基于STAR-CCM+建立了海浪条件下潮流能水轮机水动力特性的数值模拟方法,得到了海浪对潮流能水轮机转动影响规律及转动过程中产生的尾流特征。结果表明,潮流能水轮机角加速度的幅度与频率受海浪影响,但波动幅度小于海浪波动幅度、变化频率高于海浪波动频率;水轮机转动产生的尾流会使下一个水轮机的周围流场更紊乱,对叶片转动的影响、水轮机轴负载和能量利用率等方面会产生影响;压力脉动变化趋势分析认为,尾流对水轮机疲劳损伤并无太大影响。     

水平轴潮流能发电装置功率特性现场测试分析方法优化及应用

在分析中国水平轴潮流能发电装置研发现状及功率特性现场测试需求和水平轴潮流能发电装置功率特性现场测试分析方法研究成果的基础上,参考欧洲海洋能中心和国际电工委员会发布的潮流能发电装置功率特性测试规程,对水平轴潮流能发电装置功率特性现场测试分析方法进行了深入探讨,提出了水平轴潮流能发电装置能量捕获截面积计算优化方法、平均转换...     

潮流能发电装置输出功率异常数据识别方法研究及应用

在分析潮流能发电装置输出功率数据存在异常值的原因的基础上,讨论潮流能发电装置输出功率异常数据的判别方法,采用潮流流速区间精细划分和四分位判别相结合的方法,对每个潮流流速区间内的潮流能发电装置输出功率异常值进行识别与剔除。结果表明,该异常数据识别方法不仅能使得剔除异常数据后的潮流能发电装置输出功率图谱能更真实地表征被测试潮流能发电装置的输出功率特性,而且可提高潮流能发电装置平均输出功率和平均转换效率的计算准确度。     

亚洲第一座潮流能发电站在岱山建成发电

世界第二座、亚洲第一座潮流能发电站，日前在舟山岱山县建成发电。     

大规模潮流能发电接入电网的调峰充裕性评估

随着潮流能发电技术日趋成熟,大规模的潮流能发电系统将并网运行。潮流能发电系统的输出功率每天随时间在零和最大功率之间变化,这对电网的调峰能力提出了新的挑战。文章基于非序贯蒙特卡洛模拟方法,通过计算调峰不足概率指标对大规模潮流能并入电网条件下的电网调峰充裕度进行评估,研究潮流能极限接入功率,并与风电接入后系统的调峰充裕性进行比较,由于潮流能的可预测性,潮流能的接入对系统调峰充裕度的影响远远小于风力发电。通过对IEEE-RTS32机测试系统进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

潮流能研究现状2013

21世纪以来,面对常规能源日益枯竭、环境恶化的局面,各国将目光转向可再生能源。海洋潮流能因为优越的可再生性、环保性及巨大的贮藏量而成为重点研究对象。至2013年,海洋潮流能利用在技术上取得了长足的进步,而且发展十分迅速,新概念、新技术和新装置层出不穷。本文从工作原理、技术特征、实验及应用情况等方面对其中具有代表性的潮流能发电装置的模型及实型作了综述和评价,通过对比分析能量转换装置和载体形式的技术特点,指出了当前潮流能开发中存在的主要问题及未来的发展趋势。     

不同涡流发生器参数对潮流能水轮机翼型水动力学特性影响研究

将涡流发生器（VGs）流动控制理论引入到水轮机叶片设计领域,开展涡流发生器对潮流能水轮机叶片流动分离效应的抑制机理及水动力学特性研究。以NACA4418翼型为研究对象,分别建立基础翼型段和带VGs翼型段的潮流能水轮机翼型三维模型,应用CFD方法研究不同VGs排布方式、间距、高度以及长度参数对翼型段水动力性能的影响。结果表明：翼型段上安装VGs能有效减缓流动分离,合理的VGs排布方式可有效提高翼型的最大升力系数,正向排布优于反向排布,VGs间距为25 mm、高度为5 mm、长度为17 mm时对翼型段改善效果最佳,各组带VGs翼型最大阻力系数都增大约5%,翼型整体性能上升。利用水槽试验的方法验证仿真模型的准确性。此外,通过对翼型段进行二维流场分布以及VGs背流侧进行静压分布研究,进一步揭示VGs的作用机理。