海底地形对潮流能水轮机水动力学性能影响数值模拟研究

为研究海底地形尾流对潮流能水轮机水动力学性能的影响,采用CFD方法,使用开源软件Code_saturne,选取具有代表性的二维梯形地形,对有无地形两种工况下的水轮机的性能分别进行数值模拟,得到不同尖速比的水轮机性能参数曲线。通过水槽试验与数值模拟结果对比,验证用CFD数值模拟直接求解含有地形流场中的水轮机各项性能参数的可靠性。利用数值模拟方法对梯形地形的尾流分布进行分析,进而研究海底地形尾流对水轮机性能的影响距离,为潮流能水轮机的微观选址提供一定参考。

波浪作用下安装深度对水平轴潮流能水轮机水动力性能的影响研究

在海洋环境中,波浪等环境因素会使水轮机受到非均匀载荷作用,从而造成水轮机疲劳破坏。为了获得较高的获能效率,同时保证较大的疲劳寿命,需要合理布置水轮机位置。为此,利用计算流体动力学软件Fluent对波流相互作用下水轮机水动力性能进行数值模拟,得到不同安装深度下水轮机所受轴向力、扭矩、轴向力系数、获能系数等相关参数。利用3D打印技术制作水轮机模型,并在水槽中进行模型试验,验证了VOF造波方法对波浪作用下水平轴潮流能水轮机水动力性能分析的适用性。研究结果表明:波浪和安装深度对水轮机有很大影响,即在波浪作用下,水轮机水动力性能的瞬时值均发生周期性波动,且这种周期性波动均随着安装深度的增加而逐渐减小;虽然水轮机所受轴向力和扭矩的平均值受水轮机安装深度的影响很小,但是随着安装深度的增加两者均呈现出逐渐增大的趋势;此外,水轮机平均轴向力系数和功率系数随着安装深度的增加也呈现出逐渐增大的趋势。对不同安装深度下水轮机水动力性能的研究可以为水轮机载荷分析、叶片加工制造以及安装位置的选取提供一定的参考。

增强自由紊动射流卷吸、掺混性能的研究

射流作为流体运动的一种特殊形式,在工程中具有非常广泛的应用。其中,卷吸和掺混效应是射流的两大重要特征,其影响贯穿射流发展的整个过程。长期以来研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟等几个方面对射流的卷吸、掺混性能进行了大量的研究工作,并探索出多种提高射流卷吸、掺混性能的方法。文中从喷嘴形状,喷嘴数目,喷嘴间距,喷嘴矩形截面宽高比和射流流速比等几个方面,对增强射流卷吸、掺混性能的研究方法、研究现状和研究结果进行了整理、分析,讨论了该领域存在的问题,并对该领域的研究方向进行了展望。

斋堂岛水域潮流能发电站规划及对附近水域影响

青岛的斋堂岛水域,是我国北方较为典型的潮流能资源区,比较适合进行潮流能的规模化开发。基于Delft 3D-Flow建立斋堂岛及其附近水域的三维水力学模型,并通过实测数据进行校正和验证。在此基础上,考察TSE因子分布和实际水深对电站进行选址和规划,并采用动量损失的方法对电站中的水平轴潮流能水轮机进行模拟,进而对其可能带来的影响进行评估。仿真结果显示:潮流能发电站对区域水位影响较小,最大水位改变不超过3 cm;对区域流速影响较大,在电站附近局部流速下降能够达到50 cm/s,影响范围能达到电站尾流处2.5 km以外。

一种水下拖曳体的运动特性模拟研究

为了进一步提升深海阵列式拖曳系统的深度调节性能,满足阵列式拖曳系统不同深度作业的需求,设计了一种通过内部调节机构来改变运动姿态与深度变化的水下拖曳体,并对这一水下拖曳体的水动力学进行数值计算。在研究其水动力学相关参数基础上,分析水下拖曳体重心位置变化与运动姿态的关系,验证内部调节机构的可行性。仿真结果表明,拖曳体的设计满足使用要求,不同俯仰角下水下拖曳体深度变化的时间有所不同。在俯仰角40°左右范围内,拖曳体的升力系数最大,并呈现较好的深度调节运动姿态。