垂直轴阻力型Savonius水轮机发展现状

为了改善化石能源日益枯竭及其造成环境恶化的问题,Savonius型垂直轴水轮机作为一种洁净新能源发电装置得到广泛关注。结合国内外S型水轮机发展历程和现状,从介绍水轮机性能分析方法入手,对S型水轮机的基本参数和辅助机构进行分类和归纳,再解释和评述了不同条件下的性能影响机理和优缺点,并分析了参数和结构优化技术特点。指出通过改善S型水轮机的基本参数和增加辅助机构可有效提高水轮机的发电效率和稳定性,并对现阶段面临的问题以及未来的发展趋势进行总结和预测,旨在为提高S型水轮机发电效率的研究员和工程设计者提供参考。     

冲击式水轮机配水环管和厂房结构静动力承载性能研究

为研究冲击式水轮机配水环管在高内水压力作用下的损伤特征,及其对结构动力特性的影响,基于混凝土塑性损伤模型,对配水环管和厂房结构进行了非线性有限元静力分析,并在此基础上计算了结构的自振特性和机组振动荷载作用下的动力响应。结果表明：配水环管虽保压埋设,但由于内压较高,配水环管外围混凝土在管顶、管腰内侧和岔管处仍易出现损伤,且管顶和管腰的损伤贯穿至混凝土表面,大部分内水压力由钢衬和钢筋承担;分岔处应力集中明显,但因管径较小,钢衬厚度较大,钢衬和钢筋的应力仍能满足安全需要。配水环管外围混凝土的损伤,使局部结构刚度降低,导致机墩不均匀上抬变形和振动响应有所增加,但不会对整体结构的承载力造成明显影响。     

基于数值模拟Savonius风力机性能优化研究

为深入研究升阻型风力机与升力型风力机的气动性能,基于CFD软件,采用k-w SST湍流模型,利用双滑移网格技术对2者的启动风速和切入风速进行流场计算,研究在低风速下2种风力机的气动性能。结果显示：升阻型风力机具有较大的启动力矩、较小的切入风速以及较小的启动风速;升阻型风力机在低风速下比升力型风力机更容易启动,且在失速之前升阻型风力机的输出功率较大,但在失速之后升阻型风力机输出功率低于升力型风力机。     

二维垂直轴水轮机强迫振荡水动力性能分析

潮流能水轮机水动力主要和叶片的相对运动速度有关,为了探讨实际海况条件下,漂浮式立轴水轮机水动力特性与波浪及水轮机的波浪运动响应之间的关系,采用水轮机旋转运动与强迫振荡运动的组合模拟立轴水轮机的纵荡和横荡运动,并用CFX软件对均匀来流中二维水轮机强迫振荡时的流场和水动力特性进行了分析,阐明了不同振荡圆频率、幅值、速比等参数对水轮机水动力的影响规律。研究表明:与水轮机在均匀来流环境中仅做旋转运动相比,横荡使水轮机产生类似卡门涡街的尾迹,纵荡使尾涡间距发生疏密变化;同时水轮机载荷瞬时值的峰值产生较大波动,峰值包络线的波动频率为水轮机振荡频率,在小振幅情况下,包络线波动幅值和水轮机振荡速度的振幅成线性关系。     

轴流转桨式水轮机机组性能测试分析

轴流转桨式水轮机的轮叶是将水的动能和势能转换为机械能的重要部件。当更换水轮机轮叶时, 机 组的整体性能会发生改变, 因此需要对其出力和振动情况进行测试。对更换新轮叶后的水轮机组各部位的振动、 摆 动进行了稳定性试验, 检验了机组运行的动平衡质量以及水轮机动态特性, 校验了最大负荷能力。测试结果表明, 在试验水头下, 机组能够在额定功率下安全稳定运行。     

相位角对双机组立轴水轮机的水动力性能影响

为了研究相位角对双机组两叶片垂直轴潮流能水轮机的水动力性能影响,采用CFD数值模拟方法,计算了不同初始相位角下水轮机水动力性能,得到水轮机的效率、叶片切向力系数及法向力系数的变化规律,并通过速度矢量图和压力图的细节分析,解释变化机理。研究结果表明:双机组潮流能水轮机效率比两个单机组水轮机工作效率高,特别在中高速比时更明显。除0°以外的相位角下水轮机总效率相近且高于0°时的效率。90°相位角时两个机组的效率曲线基本重合,且此时叶片受力系数小,叶尖高压区域也小,从而受到压力较小。选取90°作为初始启动相位角既可以提高双机组水轮机效率又可以减小叶片受力,增加水轮机的使用寿命。     

水斗式水轮机喷针的轴向水推力数学解析法

本文通过数学分析建立了水斗式水轮机喷针在任意行程位置时的轴向水推力的解析公式,它使水轮机调速功和喷针杆强度计算精度提高,并且使计算辅助设计得以实现。     

串列布置双转子海流机水动力性能预测

为了预测串列布置双转子海流机(MCT)的水动力性能,采用大涡模拟(LES)和Spalart-Allmaras(SA)单方程湍流模型对单转子海流机在设计工况下的流场进行模拟,分析单转子海流机的水动力性能,与实验结果进行对比验证.结果表明,LES大涡模拟和SA模型都能较好地预测海流机的水动力性能.采用LES方法研究串列布置双转子海流机的水动力性能,获得转子间距对海流机性能的影响规律.结果表明,对于该海流机,在5倍叶轮直径的间距内,处于下游海流机的性能受到较大影响,要保证串列布置的双转子海流机的输出性能,间距须达到30倍的叶轮直径.     

风力发电液力调速系统及其控制

在分析液力调速风电机组工作原理的基础上,建立了传动系统的数学模型,优化了传动系统的参数。设计了相应的控制系统,并对风电机组进行了动态仿真。仿真结果表明:液力调速风电机组能够快速响应风速变化,保证机组高效、可靠、稳定运行。     

潮流水轮机导流罩的水动力设计

为了提高潮流水轮机的效率,参照风力机扩散器原理设计了一种适用于竖轴直叶片水轮机的导流罩.主要考虑潮流工作流场对称性的特点,提出了二大类型6种导流罩设计模型方案;应用Fluent软件进行水动力性能计算,确定流速大,阻力小的S3为最优型线;在导流罩出口位置增加对称的扩张门,可以进一步提高导流罩内流场的流速和稳定性;模型实验验证了S3型导流罩设计模型的有效性,加导流罩后轮机功率系数曲线整体上升,峰值可提高39%.该设计研究为导流增强型潮流水轮机的研究和实践提供了理论基础.     

一种点吸式波浪能装置水动力性能优化

为改善点吸式波浪能装置的运动性能,运用基于黏性流体力学的计算流体力学(CFD)方法对一种特定的点吸式波浪能装置中的浮子进行三维时域模拟,研究不同浮子形状、阻尼系数和浮子质量对装置性能的影响规律.结果表明:运用CFD方法和实验方法得出的浮子运动曲线较为吻合,CFD值较基于势流理论的计算值更接近于实验值;在自然振荡和阻尼振荡时,圆台形浮子的运动性能都优于圆柱形浮子;圆台浮子的俘获宽度比会随着机械阻尼系数的增大呈现先增大后减小的规律,其最大值对应的阻尼值即为最佳阻尼值;俘获宽度比随着质量的增大呈现缓慢增加后略有减小的规律.     

非定常拍动翼的水动力性能研究

拍动翼推进方式为水下机器人推进提供了更有效地选择,为了探究拍动翼的水动力性能,采用基于速度势的面元法对非定常拍动翼在特定运动规律下产生的水动力进行了计算,通过与相关实验数据的对比,同时采用计算流体力学FLUENT软件进行了计算并且将结果进行比较,结果的变化趋势一致,最小误差只有11%,充分验证了面元法计算的可靠有效性.通过对拍动翼水动力计算结果的研究,分析了各个运动参数包括来流速度、运动幅值、相位差和运动频率对拍动翼水动力性能的影响.     

A study on flow fields and performance of water wheel turbine using experimental and numerical analyses

In this paper, an analysis of the performance and flow fields of water wheel turbines for tidal energy extraction is carried out using experimental and numerical methods. The purpose of this work is to develop a water turbine suitable for sites, where fast and shallow surface flows are available, such as rivers or tidal currents. For both methods, the water wheel turbine is tested over a range of tip speed ratios with a differing number of rotor blades, ranging between three and twelve. The results indicate that the numerical simulation shows agreement with the experiment in most cases. Also, the water wheel turbine operates effectively at a range of small tip-speed ratios, where the highest turbine efficiency is produced. Under the same working conditions, the turbines using between six and nine blades generate a greater efficiency and cause lesser reverse flows than others when submerged in water. In contrast, the 3-bladed turbine is the least efficient design as it produces the lowest amount of energy and causes intense vibrations and noises. These noises are a result of a collision between the incoming flow of the channel and the wheel blades during the experimentation, especially at high load conditions. By adding more blades, the torque generated is improved considerably; however, the upstream and downstream depths of the turbine, in this case, are also elevated significantly. Furthermore, in the inlet region, the 3-bladed and 6-bladed turbines have a smaller shock loss and a lower resistance to the main flow from the inlet than the others. Meanwhile, it is found that the flow in the outlet region on the turbines with between nine and twelve blades is in the opposite direction to the wheel’s rotation, significantly obstructing the main flow from the inlet.     

振荡水柱式防波堤的水动力特性

提出一种带水平底板的振荡水柱式新型防波堤. 借助二维物理波浪水槽,研究结构系统在3种不同水平底板宽度、12种不同波浪周期下的水动力特性. 通过实验探究波高对防波堤模型相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置水平底板能有效提升振荡水柱式防波堤的阻波性能;当水平底板宽度等于模型板间宽度时,入射波周期小于1.6 s的波浪的透射系数小于0.5;当水平底板宽度增大到2倍模型板间宽度时,入射波周期小于2.2 s的波浪的透射量小于50%. 水平底板的存在增加了系统的能量耗散,提高了系统对长波区间波浪的阻挡性能;波高的变化对相关水动力参数影响不大.