全被动式海流能量采集系统水动力学机理

摘要

采用计算流体力学方法研究基于振荡水翼的海流能量采集系统.该系统包含俯仰与升沉两自由度运动,升沉方向包含阻尼器,俯仰方向包含扭转弹簧,基于流致振荡的原理在均匀来流中形成周期性的能量采集状态.提出该能量采集系统的目的是为了缓解传统采集方式对海洋环境的破坏.在传统的基于旋转叶片的水轮机海流能量采集器中,高速旋转的叶片在叶尖形成高速流动,由此产生的噪音及高速流影响了海洋鱼类的迁徙.对转轴位置与弹簧刚度这2个参数进行研究.结果表明,在(b,ka)相空间中存在4种基本工作状态:1)水翼随着时间演化回到初始状态;2)周期性的俯仰与升沉运动;3)在0°角附近小幅度俯仰振荡而升沉方向沿某一方向漂移;4)由于不规则振荡及升沉方向的大位移,计算发散.其他结论包括:1)最大能量采集效率接近20％;2)与前人研究相比,能够在更大的参数范围内采集到稳定能量.