潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴叶轮的水动力特性发生变化。采用滑移网格及动网格技术对无界均匀来流中旋转叶轮强迫纵摇时的三维水动力特性进行分析,研究不同纵摇频率、纵摇幅值、速比等参数对叶轮水动力的影响规律,以及根据叶轮纵摇运动时的水动力时历曲线,拟合得到叶轮的纵摇阻尼系数。研究表明:叶轮轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,波动幅值随纵摇频率、纵摇幅值及速比的增大而增大;叶片表面压力分布时刻发生变化,纵摇频率、纵摇幅值及速比越大,变化越明显;纵摇阻尼系数与纵荡频率、振幅无关,而与叶轮旋转速度相关,旋转速度越大,阻尼系数越大。

自由面条件下水平轴潮流能叶轮水动力研究

为了利用近水面较高的潮流流速,潮流能叶轮一般安装在接近自由面的位置,导致叶轮的水动力特性受到自由面的影响。本文基于CFD方法,通过改变叶尖浸没水深,对水平轴叶轮在自由面条件下的水动力特性展开研究。研究结果表明:叶轮轴向载荷和能量利用率平均值随叶尖浸没水深的增加而增加,并逐渐接近于无自由面时的计算结果;叶轮轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,波动幅值随叶尖浸没水深的增加而减小;当叶尖浸没水深为0.79D时,轴向载荷系数及能量利用率已基本不随叶片方位角的变化而改变,即自由面已几乎无影响。研究结果可为潮流电站设计及工程应用提供依据和参考。

水平轴潮流能叶轮设计与水动力特性分析

潮流能是海洋可再生能源的重要组成部分,为提高潮流能利用效率,本文基于叶素-动量理论(BEM)方法,给出Glauert涡流设计理论在水平轴潮流能叶轮设计上的应用。采用BEM理论和CFD数值模拟方法对设计的潮流能叶轮进行水动力性能分析,计算其在不同叶尖速比下的功率特性,2种方法的结果表现了较好的一致性。在此基础上,基于BEM理论,进一步分析叶片表面的载荷分布情况,选取叶片沿展长方向的3个不同位置,分析翼段的流体动力特性随速比的变化规律。计算结果表明,潮流能叶轮工作特性满足对功率和效率的要求,说明了设计方法的可靠性。本文的研究成果为今后水平轴潮流能叶轮设计及水动力性能预报提供有价值的参考。

Static and Dynamic Study of a Wind Turbine Blade with Horizontal Axis

In this work the authors present a calculation process of the blades for wind turbine with horizontal axis. It is about a blade discretized by the finite element method （FEM） in order to determine the gyroscopic effect during its rotation at a high speed. A blade must have the maximum output and resist to aerodynamic loads distributed over its length, which are related to its geometrical characteristics and the speed of the wind. For that, the authors wrote the relations whom determine these loads according to the flow speed of the wind, then, the authors integrated them in the laws of structure mechanics to obtain the motion equations of the blade. This process was applied to a twisted blade with a length of 1.9 m, built out of pressed aluminum sheet with a profile of the type NACA; this profile gives the best aerodynamic output. This blade is an element of a three-bladed propeller for wind turbine of maximum power 5 kW. Finally, we visualized its deformations and then the authors checked its holding in service.