基于田口试验方法和CFD相结合的振荡翼捕能性能的优化研究

为了提升振荡翼的捕能性能,该文采用田口试验和CFD相结合的方法,对决定振荡翼捕能性能的5个特征参数进行优化。结果表明:振荡翼的特征参数对其捕能性能具有重要影响,最优和最差参数组合下振荡翼捕能效率相差137.84%。俯仰中心位置对振荡翼捕能效率影响最大,在试验样机设计中应优先考虑;所研究的5个特征参数对振荡翼捕能性能的影响程度依次为:x_(p)/c>θ_(0)>翼型相对厚度>h_(0)/c>f^(*)。通过对不同参数组合振荡翼的流场分析发现,特征参数优化的振荡翼产生的涡流始终吸附在翼型表面,从而使振荡翼获得较好的升力特性,进而在升沉运动中捕获更多的能量。

振荡翼改进模型的水动力性能分析

为了改善水翼的水动力性能,提高振荡翼的能量转化效率,基于传统运动模型提出了改进模型.利用Fluent建立了翼型的网格模型,并从水翼在运动过程中攻角(AOA)的变化及漩涡结构等方面分析了改进模型在不同运动参数下的水动力性能及能量转化效率.结果表明:改进模型在较长时间段内维持较大的升力系数,提高了水翼的水动力转化效率.与传统运动模型相比,在相同的最大攻角下,提出的改进模型有更好的水动力性能,且其能量转化效率超过40%.

振荡翼捕获能量系统的流体动力性能

采用Fluent求解绕二维振荡翼层流流场的非定常、不可压缩Navier-Stokes方程,将域动网格策略用在滑移交界面内流体域,使之与翼一起运动,该方法可保证核心区域网格质量。研究了Re=1 100、θ0=76.33°、y0=5、k=0.88时,俯仰轴位置对NACA0015振荡翼气动特性和能量捕获性能的影响,以及升沉——俯仰相位差和俯仰轴位置对系统的耦合影响。结果表明,俯仰轴位置会影响振荡翼的升力特性、俯仰力矩特性及能量捕获性能,当系统因俯仰轴位置偏离平均压力中心而造成能量捕获性能下降时,改变升沉——俯仰相位差可改善系统的能量捕获性能。

振荡翼改进运动模型的能量捕获性能分析

为了提高振荡水翼的水动力性能和能量捕获效率,基于传统简谐运动模型提出改进运动模型,通过引入俯仰运动系数k,推导改进后俯仰运动规律的一般形式,利用Fluent软件建立水翼的二维模型,综合分析半主动振荡模型下不同俯仰运动系数、折算频率和俯仰振幅等运动参数对水翼能量捕获性能的影响。结果表明:与传统简谐运动模型相比,改进运动模型能够使水翼升力系数在较长时间段内维持较大数值,提高水翼的升力系数和捕能效率;在相同的折算频率和俯仰振幅下,减小俯仰运动系数会增大俯仰角转动的角速度,进而增大俯仰运动所消耗的能量;不同俯仰振幅下对应不同的最优折算频率,折算频率越低水翼的捕能性能越不稳定,俯仰振幅越大,转动俯仰角所消耗的能量越多。在给定参数条件下,水翼的能量转化效率可超过40%。

振荡扑翼流场能量采集研究进展

振荡扑翼现象广泛存在于自然界和工程实际中,在风能和水流能量采集输出方面有巨大的应用潜力,揭示振荡扑翼能量采集机理,获得提高振荡扑翼输出功率和效率的方法对于新型振荡扑翼流场能量采集装置的开发应用至关重要。文中介绍了振荡扑翼能量采集基本理论及其机制,运动参数对振荡扑翼流场结构和气动力的演变以及能量采集效果的影响规律;然后重点介绍了扑翼形状、柔性扑翼、非正弦振型、新型振型、多排扑翼和流固耦合等因素对振荡扑翼能量采集效果的影响规律;最后展示了振荡扑翼能量采集装备的工程开发现状。有关振荡扑翼能量采集的研究虽然取得一定进展,但尚需要更深入的试验和数值研究,文中指出:对扑翼形状、柔性扑翼和新型振型等的研究和优化分析可以有效提高振荡扑翼输出功率,但目前的研究较为有限;对扑翼非正弦振型的数值研究较为深入,但还缺乏相应的实验验证和分析;对双排或多排扑翼的研究涉及到扑翼运动参数、相邻扑翼间的运动相位差和前排尾流涡与后排扑翼间气动耦合作用等复杂因素,目前的研究尚不够系统深入。进一步采用三维数值分析方法和开展相应的实验对振荡扑翼能量采集过程中的流固耦合效应进行研究,可以更加精确地分析振荡扑翼周围流场的三维流动效应和功率输出过程。

波浪与振荡扑翼流固耦合数值分析与研究

以波浪能振荡扑翼线型结构为对象,对波浪能采集过程的流固耦合机理及其能量转换效率的问题进行研究。利用随机波浪理论,对波浪的波高和周期进行数学描述并利用Matlab进行数值模拟;基于线性波浪理论,将流固耦合作用力等效为静水回复力矩、激励力矩、绕射力矩的叠加,并建立其数学计算公式;利用AQWA软件对波浪与振荡扑翼流固耦合过程进行仿真分析,求解流固耦合作用力、分析振荡扑翼的动态特性、计算其转换效率。研究结果表明,圆锥底型流线结构振荡扑翼比平底型或圆底型流线结构振荡扑翼的转换效率高5%。该研究结果可为振荡扑翼波浪能采集装置开发提供理论基础与分析方法。

振荡扑翼波浪能发电装置系统建模与仿真

为了实现波浪能的采集与高效转换,提出一种振荡扑翼波浪能发电装置,通过采集机构、液压转换系统和电能变换及储能系统将随机波浪能转换为稳定的电能。基于扑翼与波浪耦合受力分析,设计波浪能采集机构方案;为了能量高效转换和保证液压系统稳定性,创成一种含多腔液压缸的液压转换系统;根据储能单元的额定电能需求,进行电能变换及储能系统方案设计与元件参数计算;基于多能域键合图理论和AMESim仿真软件,建立包括机-液-电的整体虚拟样机仿真模型;搭建仿振荡扑翼波浪能发电装置试验平台,模拟规则波浪进行试验,验证系统的有效性。研究结果表明,在三级海况和四级海况下振荡扑翼波浪能发电装置发电效率分别可以达到61.5%和66.2%,能够有效采集波浪能,实现电能的稳定输出并储存到蓄电池中。试验结果证明了振荡扑翼波浪能发电装置工作原理和参数设计的合理性。研究结果为波浪能发电装置的设计与开发提供了理论基础与参考。