2KW低流速潮流能捕获水平轴桨叶设计研究

摘要

能源问题是经济可持续发展的最大阻碍，可再生能源由于其特有的可以不断再生、永续利用、对环境危害极小等众多优点，对其的开发利用成为了中国能源问题最重要的解决途径。潮流能相比于其它可再生能源具有更强的可预测性，易于开发利用。
　　本文主要研究内容是低流速（潮流平均流速小于1m/s）潮流能捕获水平轴桨叶的设计理论，分析常用设计方法用于低流速潮流情况下效果不佳的原因，提出结合绕翼压差力和冲击力的设计方法，并分别对这两种力进行建模，耦合得到轴向力和转矩平衡方程，由此建立了低流速潮流能捕获水平轴桨叶的水动力学模型和设计理论。以此理论为基础，根据渔山列岛海域实地潮流流速特性，设计了用于此海域的水平轴薄板桨叶，通过CFD仿真方法分析讨论了桨叶性能，并设计和搭建了桨叶综合实验测试系统，采用此系统对桨叶的捕能功率特性、转矩特性、转速特性、负载特性等分别进行测试，根据测试结果分析讨论桨叶的水动力性能，验证了本文的设计理论。最后总结了本文的研究内容和研究成果，并对将来的研究方向做出了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外潮流能捕获桨叶研究现状

1．3 本文主要研究内容及拟解决的关键问题

1．4 本章小结

第2章 潮流能水轮机基本理论分析

2．1 潮流能捕获原理

2．1．1 贝兹极限

2．1．2 漩涡理论

2．1．3 BEM理论

2．2 潮流能捕获翼型分析

2．2．1 常用翼型分类

2．2．2 翼型形状参数的几何定义

2．3 桨叶设计方法分析

2．3．1 图解法

2．3．2 Glauert设计法

2．3．3 Wilson设计法

2．4 本章小结

第3章 低流速潮流能捕获桨叶水动力模型建立

3．1 现有桨叶设计理论应用于低流速潮流能现状分析

3．2 潮流能捕获桨叶受力分析

3．2．1 桨叶受冲击力模型建立

3．2．2 桨叶受压差力模型建立

3．2．3 桨叶平衡方程建立

3．3 桨叶设计模型建立

3．3．1 最佳尖速比设计

3．3．2 最佳设计流速推导

3．3．3 扭角与弦长优化设计

3．4 本章小结

第4章 升冲结合型薄板桨叶设计

4．1 总体设计条件

4．1．1 渔山列岛海域潮流流速特性

4．1．2 桨叶基本设计条件

4．2 桨叶关键参数确定

4．3 仿真分析

4．3．1 CFD方法介绍

4．3．2 流场模型建立与分析

4．4 本章小结

第5章 潮流能捕获桨叶综合实验及结果

5．1 实验系统设计及工作原理

5．2 实验内容

5．3 实验结果

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文工作内容

6．2 本文主要结论

6．3 工作展望

参考文献