潮流能自由变偏角水轮机限位角优化方法

针对潮流能水轮机中的水动力问题,采用基于粘性CFD理论的多体耦合数值模拟方法对影响潮流能自由变偏角水轮机水动力性能的重要参数限位角进行研究.通过对比不同限位角下叶片偏角和水轮机转矩变化规律,阐明了限位角对水轮机运动特性和动力特性的影响规律.以水轮机功率最大化为优化目标,提出了限位角参数优化选取方法,并进行了实例验证.研究表明:当叶片摆动到限位角时,偏角由限位角的大小决定,限位角上限和下限对偏角的控制区域不同,这样可以通过单独调节限位角的上限或者下限分别改善叶片在不同方位角处的水动力特性.     

不同横摇幅值下浮式立轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境中浮式立轴水轮机的水动力特性及能量转换效率,本文将浮式垂直轴叶轮在浪流中的运动模拟成均匀流中给定频率的受迫摇荡运动。通过ANSYS-CFX软件的二次开发,建立均匀流场中受迫运动水动力模型,进而计算垂直轴叶轮单自由度横摇运动时的不同横摇幅值下的叶轮推力、侧向力的水动力性能变化。将叶轮的推力系数和侧向力系数的时历曲线用最小二乘法进行拟合,分析得到了水轮机阻尼系数和附加质量系数。数值计算结果表明:横摇运动使得叶轮瞬时载荷产生波动,波动值明显增大;推力中阻尼力比惯性力占比大,侧向力受两者的影响相当。本文的研究对浪流联合作用下浮式潮流能装置水动力特性研究有重要意义。     

去奇异边界元方法在液舱晃荡模拟中的应用

对于模拟液舱内流体运动,传统频域方法具有很大的局限性,其只能在线性条件下针对每个频率计算系统的响应,然后通过谱分析方法得到系统不规则激励的解,而不能直接通过加载不规则的激励得到不规则的响应,但是采用基于去奇异边界元的方法,可在时域内建立液舱内不规则流体晃荡问题的流体动力学数值模型,并利用FORTRAN开发了一套可以模拟任意尺度和形状的液舱晃荡程序。首先模拟了单向激励下液舱晃荡问题,并将数值解与解析解进行比较,验证了其准确性和精度。在此基础上,针对不规则波激励下液舱晃荡问题进行了模拟,结果表明该方法可以有效模拟液舱晃荡问题。     

水平轴潮流能水轮机实验方法发展现状

潮流能可预测性强、能量密度大,具有广阔的开发前景。水平轴潮流能水轮机是发电效率最高的潮流能装置,世界各国对水平轴潮流能水轮机进行了大量实验研究。本文阐述了国内外水平轴潮流能水轮机的实验方法,包括实验设施、实验模型、实验平台和测量方法;并从均匀流和复杂环境两个方面对水平轴水轮机的模型实验现状进行总结和评价;分析目前水平轴潮流水轮机模型实验中存在的不足,并对未来的水轮机模型实验提出了一些建议,这对潮流能的开发具有重要意义。     

变偏角垂直轴水轮机艏摇运动水动力分析

为了研究漂浮式潮流能装置载体的艏摇波浪运动响应对变偏角垂直轴水轮机水动力特性的影响规律,本文采用动网格技术,应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机发生旋转和艏摇耦合运动时的水动力特性进行分析,研究不同艏摇频率和艏摇幅值对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:与水轮机仅做旋转运动相比,艏摇使水轮机出现类似卡门涡街的艉迹,且涡间距随艏摇频率的增加而减小;水轮机水动力载荷的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机艏摇频率,波动幅值随艏摇频率和艏摇幅值的增加而减小;载荷波动范围的最大值随艏摇频率和艏摇幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小。研究结果可为水轮机结构强度校核提供参考。     

变偏角垂直轴水轮机艏摇运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的艏摇波浪运动响应会使变偏角垂直轴水轮机的水动力特性发生变化。采用动网格技术,应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机发生旋转和艏摇耦合运动时的水动力特性进行分析,研究不同艏摇频率和艏摇幅值对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:与水轮机仅做旋转运动相比,艏摇使水轮机出现类似卡门涡街的尾迹,且涡间距随艏摇频率的增加而减小;水轮机水动力载荷的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机艏摇频率,波动幅值随艏摇频率和艏摇幅值的增加而减小;载荷波动范围的最大值随艏摇频率和艏摇幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小。研究结果可为水轮机结构强度校核提供参考。     

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.     

变偏角垂直轴水轮机艏摇运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的艏摇波浪运动响应会使变偏角垂直轴水轮机的水动力特性发生变化。采用动网格技术,应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机发生旋转和艏摇耦合运动时的水动力特性进行分析,研究不同艏摇频率和艏摇幅值对水轮机水动力载荷的影响规律。研究结果表明:与水轮机仅做旋转运动相比,艏摇使水轮机出现类似卡门涡街的尾迹,且涡间距随艏摇频率的增加而减小;水轮机水动力载荷的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机艏摇频率,波动幅值随艏摇频率和艏摇幅值的增加而减小;载荷波动范围的最大值随艏摇频率和艏摇幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小。研究结果可为水轮机结构强度校核提供参考。     

多方向波与结构的相互作用模拟分析

针对模拟的真实海洋环境,研究实际海洋中随机的不规则多方向波及其与简单结构的相互作用问题。采用无奇异边界元法求解三维时域二阶Stokes多方向波浪绕射问题,在单向入射波的基础上,模拟了多方向波和单个结构的相互作用,且对适用于本文模型的去奇异距离参数做了简单分析,得出去奇异距离、多方向波作用下的二阶力与波数关系的结论,可供多方向非线性水动力相关问题的研究进行参考。     

偏流角对潮流能水轮机水动力影响研究

基于三维CFD数值模拟方法对潮流能水平轴水轮机进行分析研究,并与试验结果比较,验证该方法的有效性。通过改变迎流式和背流式偏流角的大小,研究不同偏流角对水平轴水轮机水动力特性的影响规律。结果表明:偏流使水轮机效率及轴向载荷的平均值下降,偏流20°时,迎流式和背流式效率最大下降分别约为5%和6%,轴向载荷系数最大下降分别为5.5%和7.0%;使瞬时值波动幅值增加,偏流角越大,波动幅值越大。