垂直轴潮流能水轮机设计及水动力性能分析

为了对比不同结构形式的垂直轴潮流能水轮机的水动力性能,对三叶片-单列叶片式与六叶片-双列叶片式垂直轴型水轮机进行结构参数设计,采用CFD软件对处于特殊旋转角下的单列叶片式和双列叶片式垂直轴潮流能水轮机进行了2D流场计算,并对压力云图和流速场图进行了对比分析。结果表明：在设计流速2.5 m/s下,双列叶片式水轮机叶片受到的压力的合力大于单列叶片式,即自启动性能优于单列叶片式;但是双列叶片式水轮机在轴线旋转角为0°、60°时,叶片间会产生流场相互干扰的问题,在轴线旋转角为30°、90°时,叶片出现尾流脱节、尾流紊乱的现象。     

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。     

线性波作用下水平轴潮流能水轮机水动力性能的数值模拟

文章以20 kW水平轴潮流能水轮机为例,分别选取正常工况和极限工况下的波浪参数,运用计算流体动力学软件Fluent对线性波作用下的水平轴潮流能水轮机的水动力性能进行了数值模拟。数值模拟结果表明:水平轴潮流能水轮机在波浪作用下会受到交变的海洋环境载荷的作用,在该环境载荷的作用下,水轮机的各项水动力性能参数发生周期性变化;正常工况下,水轮机水动力性能参数的波动幅度为3%左右,波浪对水轮机的影响不大;极限工况下,水轮机水动力性能参数的波动幅度为35%左右,波浪对水轮机的影响很大。波浪对水轮机的影响不容小觑,对此,工程上应尽量避开波浪影响区或采取适当的措施提高水平轴潮流能水轮机叶片和支撑结构的疲劳强度,以减小波浪对水平轴潮流能水轮机性能的影响和破坏。     

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...     

基于正反装叶片的垂直轴潮流水轮机水动力性能分析

为了解不对称翼型叶片的正反安装对垂直轴潮流水轮机水动力性能的影响,运用CFD软件技术,建立了不对称叶片正反安装的潮流水轮机模型,分析了不对称叶片在正反两种安装方式下,叶片压力面和吸力面压力系数随叶片相位角不同而发生的变化,同时利用效率公式计算得到了效率。结果表明,叶片的正反安装对水轮机的水动力性能影响较大,当叶片正装即不对称翼型叶片凸向朝外时,垂直轴潮流水轮机效率优于叶片反装时,叶片在相位角为0°~120°区间转动时,转轮扭矩先增大后减小,在60°、180°、300°时得到最大扭矩。     

潮流能水轮机复合材料叶片结构力学性能分析及选型

叶片是潮流能水轮发电机的主要承载构件,直接影响着整机的性能和寿命。文章针对100 k W水平轴潮流能水轮发电机复合材料叶片,结合叶片受力特点,提出了腹板式和箱梁式两种全复合材料叶片结构,并应用有限元软件ANSYS建立了含有复合材料铺层信息的三维模型,分析了叶片的强度、叶尖挠度及材料失效性。通过对两种叶片结构对比分析表明,箱型梁式叶片的结构形式更为合理,叶片自重可减少21%。文章的研究成果可为今后同类叶片的设计提供参考。     

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。     

新型潮流能发电装置的水动力学特性模拟

为深入分析水平轴潮流能发电装置的水动力性能,文章建立了叶轮和导流罩模型,使用计算流体力学理论（CFD）和流体仿真软件FLUENT对水轮机叶轮与导流罩周围的流场分布进行模拟分析,并对3种叶片数和6种导流罩张角下的水轮机进行数值模拟,模拟结果表明：当叶片数为4,导流罩张角为25°时,水轮机输出功率与获能效率均达到了较为理想的效果。研究结果可为今后新型水平轴潮流能发电装置的结构设计与优化提供参考和依据。     

潮流发电技术的发展现状及趋势

介绍了潮流发电的基本原理和关键技术,对国内外潮流发电的关键设备水轮机的发展和成果进行了评述,分析了今后潮流发电技术的发展趋势。潮流发电作为一种最新的可再生新能源利用技术,具有很好的发展前景。     

重视潮汐电站的开发与利用

分析了潮汐电站发展的内外环境,并就中国的实际情况提出应加快潮汐电站的开发与利用。     

水平轴潮流水轮机转轮尾流特性数值分析

针对潮流水轮机转轮尾流对机组之间水力性能的干扰问题,利用CFD分析软件Fluent对单个水平轴潮流水轮机转轮模型和10倍转轮直径间距下的两台机组模型在额定流速条件下进行三维流场的数值模拟。结果表明,在水轮机转轮旋转平面内不同半径位置处的尾流流速恢复情况明显不同,离旋转轴线越远,尾流流速恢复越快,其流速亏损也越少;当水轮机组之间串列布置,且来流方向与旋转平面垂直情况下,下游机组运行受上游机组转轮的尾流影响较大,应尽量避免该布置方式。     

潮汐电站水轮机过流部件的腐蚀及防护

潮汐电站水轮机过流部件的腐蚀影响着电站的安全稳定运行。文中分析了电化学腐蚀和空蚀两种主要腐蚀的机理,并结合江厦潮汐试验电站介绍了国内外潮汐电站的先进防护技术。     

宝鸡峡电站事故检修闸门设计

宝鸡峡水库是修建在多泥沙河流上的水利水电枢纽工程,工程布置采用了大底孔的方案,又设置事故检修闸门。结合工程实际,事故检修闸门设计中采用了一些新的结构形式,设计合理,安全可靠。宝鸡峡电站工程已建成并投入使用多年,所有闸门和启闭设备均运行良好。     

单库单向运行潮汐电站发电量最大化计算模型及应用

潮汐电站一直存在资源利用率不高的问题,在电站建设初期当机组选型确定时,制定合理的水库蓄、放水计划,可在不增加投资的前提下获得更多的发电效益。为此,以国内某潮汐电站为例,根据各时刻机组发电流量的不同制定运行方案,基于动态规划法建立了单库单向运行潮汐电站发电量最大化计算模型,并利用龙格库塔算法,结合Matlab软件模拟了各时刻水库水位变化过程,求解了各运行方案的发电量值。计算结果表明,受潮汐水位及机组特性的控制,电站发电量的多少取决于发电流量在各时刻的分配,流量最大运行方案发电量明显大于效率最优运行方案,而发电量最大运行方案流量分配介于效率最优运行和流量最大运行之间。     

浅析离网光伏电站的系统设计

由于自然环境条件的制约,至今仍存在着许多未通电的村落,采用离网光伏电站解决这些地区农牧民基本生活用电问题无疑是一个既经济又有效的电力解决方案。主要对离网光伏电站的工作原理、系统配置设计、主要设备选型等进行了论述和分析。