固定偏角垂直轴潮流能水轮机叶片安装位置试验研究

叶片安装位置是影响固定偏角垂直轴潮流能水轮机水动力性能的关键参数之一,为了研究其对水轮机性能影响的基本规律,建立了垂直轴水轮机水槽模型试验系统,设计了垂直轴水轮机性能和载荷测试方法。通过试验结果的分析,得到了叶片安装位置对水轮机能量利用率、推力系数、侧向力系数和合力系数的影响规律,为水轮机设计提供了试验依据。

垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化

为提高垂直轴潮流能水轮机的能量利用率,建立了叶片偏角变化规律的数学优化模型.该模型是将一个运动周期内的叶片偏角相对位置角的函数关系表示成Hicks-Henne函数族的线性和,并将此函数关系带入叶轮的水动力计算中.然后以函数族的系数为设计参数,以水轮机能量利用率为目标函数,采用旋转方向法进行优化计算,以此得到最合理的叶片偏角变化规律.计算叶轮的流体动力性能时采用双盘面多流管法.最后,采用本文方法对摆线式水轮机进行了优化.算例结果显示,采用优化偏角的水轮机与原摆线式水轮机相比,能量利用率有较大提高,并且启动性能更好.

垂直轴自由变偏角水轮机的多体耦合数值求解方法

基于达朗伯原理建立了自由变偏角水轮机结构动力学模型,并结合粘性CFD方法,形成了一种用于分析自由变偏角潮流能水轮机水动力特性的多体耦合数值计算方法。将该方法与试验及非耦合算法进行了对比分析,并研究了自启动、流速变化和负载变化对水轮机性能的影响规律。研究表明:本文建立的数值计算方法能够有效模拟自由变偏角水轮机在各种非定常过程中的运动特性和动力特性。

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。

变偏角垂直轴潮流能水轮机纵荡运动水动力分析

采用水轮机旋转运动与强迫纵荡运动的组合模拟水轮机的波浪运动响应,并应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机强迫纵荡时的流场和水动力特性进行分析,研究不同纵荡频率和纵荡幅值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,纵荡使水轮机尾涡间距发生疏密变化;水轮机水动力载荷瞬时值的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机纵荡频率,波动幅值随纵荡频率和纵荡幅值的增加而增加;载荷波动范围的最大值随纵荡频率和纵荡幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小.研究结果可为潮流电站电能输出控制系统及水轮机结构强度校核提供参考.

垂直轴潮流能水轮机水动力性能对比研究

为了对比不同形式的垂直轴潮流能水轮机的水动力学性能,基于商用软件ANSYS14.0的CFX模块,采用数值计算的方法分别模拟了固定偏角水轮机、自由变偏角水轮机、主动变偏角水轮机以及内外双层垂直轴水轮机的流场信息,计算并提取了内外双层水轮机的"效率-叶尖速比"曲线,以及其他形式水轮机在速比λ=2.0和λ=2.5时的效率值。同时还提取了各模型单个叶片所受切向力系数随位置角变化的曲线,分析各种形式水轮机性能差异的原因,最后综合各方面的因素对所研究的几种水轮机进行了比较和分析。结果表明:固定偏角水轮机在高速比时性能最佳,低速比时性能较差;自由变偏角水轮机、主动变偏角水轮机和内外双层水轮机均可以降低叶片载荷,在低速比下能量利用率优于固定偏角水轮机。

竖轴固定偏角直叶片潮流水轮机自启动性能研究

竖轴固定偏角直叶片潮流水轮机的自启动能力较差。文章根据模型试验的观测分析,利用Fluent软件模拟计算在不同水流速度下叶片在圆周不同位置时的潮流水轮机自启动性能,并与加装叶柵附体的水轮机进行比较,得出加装叶柵附体可以提高水轮机的自启动性及水轮机的水动力性能。

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.

叶片参数对潮流能自由变偏角水轮机性能影响规律研究

采用基于粘性CFD理论的多体耦合方法对不同叶片参数下潮流能垂直轴自由变偏角水轮机的运动和动力特性进行数值模拟研究。研究表明:叶片偏角变化规律是决定该水轮机性能的重要因素,主要由水动力和惯性力所产生的俯仰力矩决定。通过分析叶片质量以及叶片自转轴与叶片质心距离对叶片摆动过程中俯仰力矩的影响规律,给出叶片参数对水轮机运动和动力特性的控制规律。

基于混合遗传算法的叶片偏角优化设计

为提高垂直轴变攻角水轮机的能量利用率,建立了叶片偏角变化规律的数学优化模型,以叶片偏角随位置角的变化为设计参数,以水轮机能量利用率为目标函数,采用遗传算法结合序列二次规划的方法进行优化计算,在此基础上得到最适合的叶片偏角变化规律。对摆线式水轮机在不同速比下的偏角进行优化,得到优化后的偏角规律,结果显示,水轮机在混合遗传算法优化后的偏角规律下,能量利用率较原摆线式水轮机相比有所提高。