水平轴低速潮流发电机叶片的改进及出力规律研究

• 作 者: 帅潇潇
• 出 处: 重庆理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 潮流发电 水动力学 CFD数值仿真 翼尖小翼

能源作为人类生产生活和国家发展的重要资源,随着传统能源的过度使用,造成的资源匮乏、气候变暖和环境污染等问题。因此寻找环保绿色的可再生资源成为全世界关注的热点。潮流能作为一种清洁、无污染可再生的绿色清洁能源得到了广泛的开发和利用。潮流大部分的时间处于低流速状态,因此研究在低速下提高潮流能的发电效率,具有很大的意义。叶片是潮流发电机的关键部分,是将潮流能转化为电能的关键因素,我们将航空翼尖小翼的方法运用在潮流发电机上,改进传统的叶片。论文主要工作如下:本文首先阐述潮流能研究的背景意义以及国内外潮流发电技术研究现状等,分析现阶段潮流发电机发展的情况和存在的问题,明确研究重点;其次介绍了设计叶片的经典理论,例如叶素理论、Wilson理论等,选取NACA4412翼型为基础翼型,运用Wilson理论设计优化叶片的几何参数,通过Matlab软件进行参数的计算,根据所得参数,运用Solidworks三维绘图软件建立潮流发电机叶片基本模型,并运用CFD方法对设计的叶片模型进行了流场仿真分析,研究潮流发电机的水动力性能。接着采用翼尖小翼装置对潮流发电机叶片进行改进,采用CFD数值模拟方法研究翼尖小翼倾斜角不同的情况下,改进后的叶片对潮流发电机水动力效率性能的影响。结果表明翼尖小翼能够改善潮流发电机的水动力性能,在翼尖小翼倾斜角为10°时,对潮流发电机水动力效率性能影响更大,不仅更快的减弱了涡流对潮流发电机尾部速度的影响,还提高单位水域面积的潮流发电机获能性能。最后搭建潮流发电机的实验平台,根据仿真结果中的最佳结构参数建立翼尖小翼倾斜角不同的一系列潮流发电机的实验模型,并将仿真结果与实验结果进行分析比较。本文针对在低速潮流的情况下,通过在基础叶片上增加翼尖小翼装置对叶片进行改进,设计了一种水平轴潮流发电机,对其进行了结构设计、数值仿真和实验,分析了潮流发电机的出力特性。结果表明,在低水速的环境下,运用翼尖小翼装置改善潮流发电机水动力性能的方法是可取的,为后续潮流发电机的开发和利用提供一定的参考依据。