水平轴潮流能发电机尾流效应的实验研究

摘要

潮流能是一种具有巨大潜力的可再生海洋资源，潮流能发电技术已逐步从工程样机进入商业化应用阶段。水平轴潮流能发电机是潮流能发电装置的一种重要形式。在其运行过程中，通过发电机转子后的水流流速和流向都发生变化，这种对初始来流流速的影响称为尾流效应。尾流效应影响下游发电机转子的入流速度，从而影响发电机输出功率的大小，因此尾流效应的研究是水平轴潮流能发电机优化布局的一个重要基础，具有很大的理论和实际意义。
　　本文介绍了水平轴潮流能发电机的相关概念和理论基础知识，在此基础上针对影响水平轴潮流能发电机尾流效应的不同因素，设计了研究水平轴潮流能发电机尾流效应的实验方案，并进行了水槽实验。实验中通过改变影响尾流效应的因素（初始流速、推力系数、湍流强度、安装高度和地形等），测量在沿水流方向和垂直水流方向的尾流流速，对尾流效应进行平面二维研究和分析。实验结果表明:
　　沿水流方向，初始流速越大，下游尾流流速的收敛值越大;推力系数对尾流的影响集中在5d（d为发电机转子直径）范围内，在15d以后不同推力系数的尾流速度都趋于稳定，而且收敛值与推力系数无关;湍流强度越大，尾流的恢复能力越大;随着安装高度的增加尾流恢复值变大;转子中心地势越高尾流恢复越快。
　　垂直水流方向，初始流速越大，尾流效应范围越大;推力系数对尾流效应的影响集中在4d范围内;湍流强度与地形对尾流作用不明显;不同安装高度条件下，尾流流速沿横向变化与其他因素下的速度变化不同，其影响范围集中在圆盘中心外1d到4d之间。
　　本文实验结果中关于水平轴潮流能发电机尾流效应的水动力特性规律，为水平轴潮流能发电机的布局提供了参考;采用实验的方法实现对水平轴潮流能发电机尾流效应进行多个影响因素的二维研究，为进一步的研究奠定一定的基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 研究意义

1．4 本文的主要工作与创新点

1．4．1 主要工作

1．4．2 技术路线

1．4．3 主要创新点

2 水平轴潮流能发电机相关概念及理论基础

2．1 水平轴潮流能发电机

2．1．1 水平轴潮流能发电机概述

2．1．2 工作原理

2．2 水平轴潮流能发电机相关理论基础

2．2．1 动量理论

2．2．2 叶素理论(Blade Element Method，BEM)

2．2．3 叶素-动量理论(BEM Theory)

2．2．4 促动盘理论

2．3 水平轴潮流能发电机性能研究

2．4 水平轴潮流能发电机尾流效应

2．5 水平轴潮流能发电机尾流效应的研究方法

2．5．1 数值模型

2．5．2 实验模型

2．6 本章小结

3 实验设计与实施

3．1 实验方案设计

3．2 实验设备

3．2．1 水槽和风浪流系统

3．2．2 模型简化原理

3．2．3 模型的设计

3．2．4 扭矩传感器

3．2．5 数显

3．2．6 小威龙测速仪(ADV)

3．3 实验参数设计

3．4 实验实施

3．5 本章小结

4 实验研究结果与分析

4．1 不同初始流速条件下的实验结果与分析

4．2 不同推力系数条件下的实验结果与分析

4．3 不同湍流强度条件下的实验结果与分析

4．4 不同安装高度条件下的实验结果与分析

4．5 不同地形条件下的实验结果与分析

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历