摘要：针对双向潮流能有效利用问题,设计一种基于对称翼型的新型后掠式水平轴潮流能水轮机,并研究其水动力性能。根据对称翼型升阻力特性与叶片展向攻角变化,采用变截面设计优化后掠式对称翼型叶片,并基于Buhl修正模型分析不同后掠偏移叶片所受推力与获能特性。通过3D建模与水槽实验,研究不同后掠偏移叶片的载荷与获能情况。模型实验研究表明,同一尖速比下,后掠偏移量为10%和15%的水轮机相对于偏移量为5%的水轮机所受推力最大分别降低4%和13.3%,获能效率最多分别减小3.8%和11.1%,其中推力比获能效率减幅更大。实验结果与理论分析变化趋势吻合,但减幅比理论值偏高。此外,该水轮机3种后掠偏移量下对应获能效率随桨距角的增大分别降低18%、14%和6%,获能效率下降显著,与300 kW样机实海况运行情况变化趋势相同。

摘要：为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41m/s左右,有着良好的低速启动性能。

摘要：为了研究复杂海流环境条件下导流罩对水轮机非定常水动力特性的影响,提出了一种采用基于重叠网格的DFBI(动态流体固态相互作用)数值仿真方法,利用重叠网格解除物体与网格之间的拓扑结构约束.六自由度运动模型DFBI模拟刚体在流体作用下的被动运动,实现了对水轮机在动态来流作用下被动旋转的非定常水动力特性仿真模拟,针对不同来流条件下导流罩对水轮机水动力特性影响进行了对比分析.研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI数值仿真方法,可以精确地监测水轮机由于周围流场变化导致的加速和自适应转动等过程,实现对水轮机非定常水动力特性研究;在设计流速范围内,加装导流罩可以将水轮机周围流场的流速提高约1.35倍,水轮机的转速提高1.2倍,获能效率提高约35%;加装导流罩有助于提高水轮机的平均转速,将水轮机平均获能效率提高约30%.

摘要：双叶片半转叶轮水轮机是一种升阻复合新型垂直轴水轮机,水动力性能优劣直接影响着其工程应用价值。本文首先介绍了双叶片半转叶轮水轮机工作原理,分析了主要性能参数与实验参数的关系;在水轮机样机制造和水下实验平台设计的基础上,开展了水轮机低速启动性能测试、不同流速下获能效率测试以及获能效率稳定性测试等水下实验项目,并将水下实验与数值模拟进行结果对比分析。实验结果表明:双叶片半转叶轮水轮机在低流速(0.5 m/s)下依然保持良好的启动特性,来流速度对水轮机获能效率影响较小,最佳负载下水轮机平均获能效率可达46%,明显高于传统垂直轴水轮机获能效率;提高能量输出稳定性是该水轮机设计研究下一步需要努力的方向。

摘要：为了探究余压利用技术和提高余压能水轮机在实际工况下的获能效率,对一种余压水流能发电装置进行了研究。通过有限元分析软件,对整体结构、轮机叶轮优化进行了研究。水流发电装置以水斗式水轮机作为唯一的余压能转化装置,其轮机叶轮结构是影响发电的重要因素。利用计算流体分析软件对水轮机叶轮叶片进行了数值计算,研究水斗式叶片数目对于水轮机水动力性能的影响,以水斗式叶片数目为单一变量,分别计算各常规水头工况下,余压发电装置内部的水动力特性,探究余压发电水斗式导叶片数目对于装置获能效率的影响,并给出基于Labview设计的管道余压发电数据采集系统,对余压发电进行测控与数据记录;最后通过室内试验对实际工况下轮机发电效率进行了验证。结果表明:导叶片数目对水轮机获能效率产生影响,在实际工况下,28叶片的结构形式更有利于余压发电系统叶轮获得较高发电效率。

摘要：为了提升海流能发电装置的的能量转换效率,研发了一种水平轴式S形叶轮海流发电装置。采用升力法设计叶轮结构,建立CATIA模型并开发了模具,以便于大规模的加工叶轮。设计了9槽8极绕组水下防腐永磁发电机,并进行了发电机系统结构的设计。导流罩的线性选择使得海流速度增加14%~23%,但流速过大又造成了装置不稳定。通过工程样机海上试验,验证了永磁发电机的发电性能,同时检测了发电装置实验阶段的防水及防腐效果。轮机在流速达到0.32 m/s时即实现无负载自起动。在海水流速为2.5 m/s时,轮机的获能功率可达到1 150 W;在海水流速为2 m/s左右的海况下,轮机的实际获能功率在900 W上下,获能效率最高为32%,提高了能量的转换效率。

摘要：为深入分析水平轴潮流能发电装置的水动力性能,文章建立了叶轮和导流罩模型,使用计算流体力学理论(CFD)和流体仿真软件FLUENT对水轮机叶轮与导流罩周围的流场分布进行模拟分析,并对3种叶片数和6种导流罩张角下的水轮机进行数值模拟,模拟结果表明:当叶片数为4,导流罩张角为25°时,水轮机输出功率与获能效率均达到了较为理想的效果。研究结果可为今后新型水平轴潮流能发电装置的结构设计与优化提供参考和依据。

摘要：为了使海洋浮标具备正常的定位及监测功能,需要合理地进行双向轴流叶轮的选型分析。采用软件对翼型进行选择,并通过Fluent软件对翼型进行水动力仿真分析,由压力云图得到影响流体动力性能的主要因素是前半段的弧线。基于此设计S翼型,进行UG建模,并通过接口导入Fluent软件进行叶轮仿真,以选定叶片数量。采用叶素动量理论(BEM)对海流能自供电浮标叶轮翼型进行原理分析,建立Bladed模型,仿真得到叶轮输出特性,从而验证了水动力仿真的正确性。通过模拟试验平台对所设计叶轮的可行性进行验证。结果表明:桨距角为15°,尖速比为4,叶片数量为4的叶轮在流速2.2 m/s下获能效率最大,其数值接近40%。通过对仿真及理论分析的正确性进行验证,能够为之后的水槽及海试试验提供数据参考。

摘要：针对某种卧式浪流轮机获能效率较低的问题,提出对卧式浪流轮机加装导流罩,起到聚流增速的效果。在Gambit里对所设计的导流罩、水轮机以及两者组成的系统进行建模并且划分网格,用CFD软件(Fluent)建立数学模型,对导流罩主要参数进行仿真研究。分别对导流罩的长度以及开口张角进行分析,并且对比有无导流罩卧式浪流轮机获能效率的状况;仿真结果表明,加装导流罩使卧式浪流轮机水动力学性能更好,获能效率更高,并且得出导流罩主要参数尺寸。

摘要：通过CFD计算软件Fluent对叶片进行水动力仿真分析,由叶片压力曲线分析影响翼型效率的主要因素,对比分析选出S翼型,并由此翼型设计了对称S翼型,进行UG建模并通过接口导入Fluent进行叶轮仿真分析,由N-S控制方程及压力云图确定叶片数量。建立Bladed模型,仿真得到不同叶片的叶轮在不同的流速下转矩的变化情况及不同桨距角尖速比与获能效率的关系曲线。最后在实验室有机玻璃导管测试系统得到对称S型叶轮在不同流速下的获能效率。实验结果表明,对称S翼型具有捕获双向来流的能力,在实验流速为2.2 m/s时最大获能效率可达40%。为海流自供电浮标进行了正确选型,提高了效率,所得数据也为之后海试试验提供了理论参考。