无轴轮缘导管涡轮机水动力学性能研究

无轴轮缘导管涡轮机作为一种新概念潮流能发电装置,具有诸多优点且应用前景广泛。采用计算流体力学(CFD)方法对无轴轮缘导管(SRD)涡轮机与传统有轴导管涡轮机进行了数值模拟对比研究,分别考察了两者水动力学性能的差异及叶轮轮径比对无轴轮缘导管涡轮机水动力学性能的影响。研究结果表明:在一定轴径比范围内,无轴轮缘导管涡轮机相比有轴导管涡轮机具有更高的输出功率及更低的轴向推力,但其瞬时功率及轴向推力的波动振幅相比有轴导管涡轮机略微增大,且随着叶轮轴径比的减小,其波动振幅进一步呈现出增大的趋势。此外,由于无轴轮缘导管涡轮机在轴心处存在一定面积的扫掠缺口,压力差将迫使水流通过轴心缺口"泄漏"出去,形成轴心射流,使其尾流恢复速度明显快于有轴导管涡轮机,且随着叶轮轴径比的减小,尾流恢复速度也进一步加快。研究成果为无轴轮缘导管涡轮机的优化设计及工程应用提供了一定的参考依据。

波流相互作用下潮流能无轴轮缘导管涡轮机水动力特性与尾流结构分析

为了探究潮流能无轴轮缘导管涡轮机在波流相互作用下的非定常性能,文章依据斋堂岛海域的潮流条件,采用计算流体力学数值模拟方法分析了顺流和偏流对其水动力特性与尾流结构的影响。研究结果表明:在顺流条件下,随着叶尖速比(TSR)的增大,无轴轮缘导管涡轮机的功率系数(CP)和推力系数(CT)的波动幅度也逐渐增大;在偏流条件下,随着偏流角的增大,无轴轮缘导管涡轮机的平均CP和CT逐渐降低,而偏流也将导致CP和CT在一个波流周期内出现额外的波动,且额外波动的振幅随偏流角的增大而增大;受TSR和偏流角的影响,无轴轮缘导管涡轮机的尾流在向下游传播的过程中将呈现出较为复杂的形态,一部分来流将通过轴心处的开放缺口泄流而出形成射流涡,而随着TSR和偏流角的增大,该射流涡的范围将有所减小。