用于潮流能发电的变几何水轮机性能研究

摘要

变几何水轮机是潮流能发电机组中的关键设备,研究变几何水轮机的流场特性、流体动力学机理及水力性能,对于准确地认识变几何水轮机的特性和提高设计能力,具有重要的理论和实际意义。
　　本文首先采用CFD方法,针对变几何水轮机二维流场,在7个流量系数下,研究了变几何水轮机的水力性能,揭示了变几何水轮机在固定流量系数下的流动特性,以及如何将入射流动能转化为转子机械能的有效设计方法。
　　为进一步研究变几何水轮机的性能,本文将流场分析拓展至三维模型,通过数据对比发现:三维模型与二维模型计算结果存在明显的差异,这主要是由于三维流场中存在上洗和下洗的流动现象,因而造成了性能输出的降低。但是,随着径高比的增加,三维影响逐渐减弱。
　　本文最后对三台变几何水轮机组成的串联工作组进行了水力分析,通过研究发现:串联工作方式可以大幅度降低变几何水轮机的波动系数。同时,由于串联工作组内变几何水轮机流场的互相影响,串联工作组内的水轮机功率系数也可以得到一定程度的提高。

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第一章 绪论

1. 1潮流能（海流能）简介

1. 2潮流能开发的意义及需求分析

1. 3国外潮流能利用发展现状

1. 4国内潮流能利用

1. 5目前存在的问题

1. 6本文的主要工作

第二章 CFD理论及数值方法研究

2. 1数值模拟方法

2. 2湍流模型

2. 3动边界理论模型

2. 4本章小结

第三章 变几何水轮机二维水力性能研究

3. 1 变几何水轮机

3. 2水轮机模型

3. 3C F D模拟

3. 4讨论

3. 5本章小结

第四章 变几何水轮机三维非定常水力性能分析

4. 1三维非定常数值计算

4. 2 H?1流场分析

4. 3不同H下的流场分析

4. 4本章小结

第五章 串联变几何水轮机组水力性能研究

5. 1变几何水轮机稳定性分析

5. 2变几何水轮机串联流场

5. 3本章小结

第六章 总结与展望

6. 1研究工作总结

6. 2本文主要创新

6. 3研究展望

参 考 文 献

附录1 符号与标记

附录2 图表清单

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文