竖轴潮流能水轮机水动力性能水池试验分析
带导叶的直叶片竖轴潮流水轮机的水动力性能研究
图 １ ２ 所 示为 单个 叶 片的 运 动和 受力 示 意 图 ， （） 设来 流速度 为 Ｕ， 略 叶 片沿 轴 方 向的 诱 导速 度 忽
潮流能水轮机转子系统动力学特性研究
潮流能水轮机转子系统动力学特性研究赵广;苏钧聪;宿晓辉;郭嘉楠【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2016(037)009【摘要】水动力性能和安全可靠性是评价潮流能水轮机的两个基本指标，在水轮机设计阶段需要对其结构振动与可靠性开展研究与评价。
本文采用有限元法推导竖轴等臂长和变臂长水轮机转子系统的横向振动模型，基于动量定理的流管法建立了不同变臂长方案的流体激励模型，采用Newmark数值仿真计算了水轮机转子系统的动力学响应。
最后搭建潮流能水轮机结构振动实验台，测试水轮机的振动特性。
研究结果表明：和等臂长相比，变臂长水轮机流体激励波动幅值增加，且变结构回转体对质量矩阵的影响不容忽略。
竖轴水轮机的动力学响应存在复杂的倍频振动，实验结果从定性角度验证了数值模拟结果。
本文的研究为竖轴水轮机的设计、运行和振动预测提供了基本的动力学参考，然而仍迫切需要加强潮流水轮机结构振动、可靠性的研究工作。
【总页数】7页(P1172-1178)【作者】赵广;苏钧聪;宿晓辉;郭嘉楠【作者单位】大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024;大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室，辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TK730【相关文献】1.同轴双转子H-Darrieus型潮流能水轮机起动扭矩研究 [J], 陈兵;王聪;郭伟;谢宇2.多工况条件下变叶片数潮流能水轮机能量及流动特性研究 [J], Zhang Yuquan;Zhang Jisheng;Jiang Jieqing;Zheng Yuan;Liu Huiwen;Zang Wei;He Zhongwei3.潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响研究 [J], 尹锐4.潮流能水轮机复合材料叶片的损伤特性研究 [J], 余国庆;李秀海;陈文光;李军向;刘清5.水平轴潮流能水轮机尾流特性研究 [J], 朱善强;李广年;李振琦;郭海鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状
关键 词 ： 潮流 能 ； 直轴水 轮机 ； 用现状 ； 究 方法 垂 利 研 中图分类 号 ： Ｋ ３ 文 献标 志码 ： 文章 编 号 ：０ ９— ２ ０（０ １ ０ ０ ０ — ７ Ｔ ７０ Ａ １０ ３ ３ ２ １ ） ９— ０ １ ０
０ 引言
在 能源 紧缺 和环 境 恶 化 双 重 压力 下 ， 国政 各
府 对包 括潮 流能在 内的海洋 能源利 用 的科技 问题
流水 轮机 得到人 们越 来越 多 的关注 。
文 中首先介 绍 了垂 直轴 式 潮流水 轮机 的优 缺 点 ， 后 总结 了垂直 轴水轮 机 国 内外 利用 现状 ， 然 对 垂 直轴 水 轮 机 研 究 方 法 进 展 情 况 做 了综 述 和评 价 ， 指 出 目前垂 直 轴 水 轮机 开发 利 用所 需要 最后 解 决 和突破 的技术 难 点和 问题 。
（ｎ ｔｕｅｏ ｅ ｎＲｅ ｅ ｂｅＥ ｅｇ ｙｔｍ， ｒｉ ｎ ｉｅｒ ｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｉ ｓ ｔｔ ｆＯｃａ ｎ ｗａ ｌ ｎ ｒｙＳ ｓ ｉ ｅ Ｈａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｎｖ ｒｉ ， ｉ ｔ Ｈａｂｎ１ ０ ０ ， ｈｎ ） ｒ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ
Ａｂｓｒ ｔ Ａｓ ｎ ｒ ｙ ｎｄ ｌｍａ ｅ ｈ ｎｇ ａ ｅ ｕｒｅ ｔｙ ｗｏ ｆ ｔ ｅ ｔａｃ ： ｅ ｅ ｇ ａ ｃｉ ｔ ｃ ａ ｅ ｒ ｃ ｒ ｎ ｌ ｔ ｏ ｈ ｍｏ ｔ ｍｐ ｒａ ｔ ｓ ｕ ｓ ａ ｉ ｇ ｓ ｉ ｏ ｔｎ ｉｓ ｅ ｆ ｃｎ ｓ ｃ ｅｙ，ｍａ ｙ ｏ ｅ ｎ ｎ ｓ ｒｕｎ ｔ ｅ ｏ ｉｔ ｎ ｇ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｏ ｄ ｈ ｗｏ ｌ ａ ｅ ｒｄ ｒ ｐａ ｉ ｍｏ ｅ ｔｅ ｔ ｎ ｏ ｈ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ａ ｄ ｙｎｇ ｒ ａｔ ｎｉ ｔ ｔ ｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｏ ｕ ｉ ｚ ｔｏ ｆ ｔｄ ｌｃ ｒｅ ｔｅ ｒ ｙ Ｖｅ ｉａ ｘ ｓ ｔｄ ｌｔ ｒ ｎ ｓ ｏ ｅ ｏ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｍｓ ｏ ｉ ａ ｔｌ ａｉ ｎ ｏ ｉ ａ ｕ ｒ ｎ ｎｅ ｇ ． ｉ ｔ ｒ ｃ ｌａ ｉ ｉ ａ ｕ ｂｉｅ ｉ ｎ ｆ ｍａ ｎ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆｒ ｆｔｄ ｌ ｃ ｒｅ ｎ ｒ ｅ ｉｅ ． Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐｅ ，ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｓａ ｕ ｆｖ ｒｉａ ｘ ｓｔｄ ｌｔ ｒ ｉ ｅ ａ ｏ ｎ ｕ ｒ ｎｔｅ ｅ ｇ ｄ ｖ ｃ ｓ ｎ ｔｉ ａ ｒ ｈ ｐ ｌｃ ｔ ｔｔ ｓｏ ｅ ｃ ｌａ ｉ ｉ ａ ｕ ｂ ｎ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ｙ ｏ ｔ ａ ｒ ａ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｍｅｈ ｄ ｉ ｐ ｏ ｒ ｓ ｗｅ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ． Ｉ ｏ ｄ ｒ ｏ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｃ ， ｔ ｂｏ ｄ ａ ｄ ｅｅ ｒｈ ｔｏ ｓ ｎ ｒｇｅｓ ｒ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｒ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｕｓ ｈｅ ｔｃ ｎｏｏ ｙ ｄｉ ｃ ｌｉｓ ａ ｒ ｂ ｅ ｏ ｘ ｌｉｉ ｇ ｖ ｒｉａ ｘ ｓ ｔ ａ ｕ ｂ ｎ ｒ ｏｎ ｅ ｕ ． ｅ ｈ ｌ ｇ ｆ ｕ ｔｅ ｎｄ ｐ ｏ ｌｍｓｆｒ ｅ ｐ ｏｔｎ ｅ ｃ ｌａ ｉ ｉ ｌｔ ｒ ｉ ｅ ｗｅ ｅ ｐ ｉ ｔ ｄ ｏ ｔ ｉ ｆ ｔ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ： Ｔｉ ｌｃ ｒｅ ｔｅ ｅ ｇ ；Ｖｅ ｉａ ｉ ｉ ａ ｕ ｂ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｄａ ｕ ｎ ｎ ｒ ｙ ｔ ｒ ｃ ｌａ ｓｔｄ ｌｔ ｒ ｉ ｅ；Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｔｔ ｓ；Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｍｅｈ ｄ ｘ ｐ ｉ ａｉｎ ｓａｕ ｓ ａ ｃ ｔｏ ｓ
《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》
《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》一、引言随着全球对可再生能源的日益关注，海洋能源的开发与利用逐渐成为研究的热点。
其中，潮流能作为一种清洁、可再生的能源，其开发潜力巨大。
多转子垂直轴潮流能水轮机作为潮流能发电的核心设备，其水动力特性的研究对于提高能量转换效率和设备稳定性具有重要意义。
本文旨在研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，为实际工程应用提供理论依据。
二、多转子垂直轴潮流能水轮机概述多转子垂直轴潮流能水轮机是一种利用潮流能进行发电的设备。
其结构特点为多个转子沿垂直轴线布置，通过水流作用力驱动转子转动，进而实现能量转换。
与传统的水平轴潮流能水轮机相比，多转子垂直轴水轮机具有更好的适应性、稳定性和能量捕获能力。
三、水动力特性研究方法为了研究多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力特性，本文采用数值模拟和实验测试相结合的方法。
1. 数值模拟：利用计算流体动力学（CFD）软件，建立多转子垂直轴水轮机的三维模型，模拟实际工作环境中的水流条件，分析水流对转子的作用力及转子的运动特性。
2. 实验测试：在实验水池中搭建多转子垂直轴水轮机实验平台，通过改变水流速度、方向和转子布局等参数，实测转子的受力情况、转动速度及能量转换效率。
四、水动力特性分析1. 水流作用力分析：通过数值模拟和实验测试，发现多转子垂直轴水轮机在潮流作用下，各转子受到的水流作用力分布不均。
其中，靠近来流方向的转子受到的力较大，随着距离的增加，作用力逐渐减小。
此外，水流速度、方向及转子布局等因素也会影响水流作用力的分布。
2. 转子运动特性：多转子垂直轴水轮机的转子在水流作用下产生转动，其转动速度与水流速度、转子直径及布局等因素有关。
在数值模拟和实验测试中，我们发现各转子的转动速度在不同工况下存在差异，但总体上保持稳定。
3. 能量转换效率：多转子垂直轴水轮机的能量转换效率受水流速度、转子布局和设备结构等因素的影响。
通过实验测试，我们发现适当调整水流速度和转子布局可以提高设备的能量转换效率。
竖轴固定偏角直叶片潮流水轮机自启动性能研究
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图２ 水轮机流场加装叶栅附体示意图
表 ２ 潮流水 轮机 的参数 参数名称 水轮机 直径 叶片弦长 叶片数 取值
０ ４ ｍ ．４
Ｏ １ ｍ ．ｌ
３
翼 型
叶片攻 角
ＮＡＣＡＯ ｌ Ｏ ８
Ｏ。
３ 数 值算例
在本算例 中， 水轮机的初始位置选择为其中一只叶片位于ｘ 轴负方向上 ， 定义其为水轮机的初始位置角 （。 。潮流水轮机按逆时针方向旋转， Ｏ） 因为有３ 只叶片， 以只需计算位置角Ｏ１０范围内的启动力矩即可 ， 所 ．１。 设 定每间隔 ｌ。 ０记录一次数据。 从图３ 中可以看出潮流水轮机的启动力矩在位置角３ｏ４ ｏ ０、０时非常小， 在流速为０６ ／、． ／ １ ｍ ｓ ． ｓ１ ｍ ｓ ． ／时 ｍ ０ 、４ 甚至为负， 即说明在这些情况下潮流水轮机不能实现 自启动。另外， 潮流水轮机叶片在位 置角７ ￣１ ￣ ０．０ 区间 ０
南通航运职业技术 学院学报
内所 受 到的合 力 矩相 对 其他 位 置偏 小 。根 据水 动 力学 相 关知 识 可知 ， 当水 流经 过潮 流水 轮 机 时与 叶 片之 间
Ｍ ａ ．０１ ｒ２ １
ｄ ｉ ０ ９ ９ ．ｓ． ７一 ９ ９ ． １ ． ． ７ ｏ： ． ６ ０ｉｎ１ ｌ ８ １ ０ １ １ １ １３ ｓ ６ ２ ００
竖轴 固定偏角直叶片潮流水轮机 自启动性能研究
孟
（． 职业技 术学院 船舶工程 系， １紫琅 江苏 南通
巧 ’魏 。
斌 ’李凤来 ，
Ｏ 引言
在 当前 石化 能源供 应 日趋 严 峻 的形 势下 ， 国要采 取 的措 施 是发 展 可再 生 能源 ， 能源 来源 多样 化 ， 各 使 缓
竖直轴潮流能水轮机的能量捕获特性研究
专业学位论文（工程硕士）竖直轴潮流能水轮机的能量捕获特性研究刘东工程领域：水利工程指导教师：冯建军教授戴辰辰高工申请日期：2017年4月摘要Abstract西安理工大学工程硕士专业学位论文impeller, the mean and standard deviation of C p is smaller with the blade helix angle increases, it’s means that the stability of the output is improved with few cast of energy output.2)This paper presents a method for optimizing the design of the inner wall of the duct. Thegeometric design parameters of the inner wall of the duct was used as the optimal design variablein this method. The Darrieus turbine energy output quality parameter was taken as the objectivefunction, and the multi-Particle swarm optimization was used as an optimized search strategy tooptimize the inner wall profile of the duct. The numerical results show that the stability of theturbine energy output was improved effectively because of the optimization of the inner wallprofile of the duct, and its better energy accumulation effect also promoted the output energy ofthe turbine.In this paper, the new "triangular" blade turbine energy output has different degrees ofincreasing or decreasing, and its stability of the operation is better than ordinary turbine. This isone of the structural form with potential development. The final optimization results of the ductshow that the proposed method is effective. And this method can provide a reliable theoreticalguidance for the design of the duct of other types of power generation devices.Key words: tidal energy vertical axis tidal turbine；numerical simulation；blade modification；duct；optimization；目录目录目录 (V)1绪论 (1)1.1课题研究背景与意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外研究进展 (2)1.2.2国内研究进展 (3)1.3国内外导流罩研究进展 (4)1.3.1国外研究进展 (4)1.3.2国内研究进展 (4)1.4本文主要研究内容 (5)2数值计算模型及技术方法介绍 (7)2.1流体动力学控制方程 (7)2.2湍流模型 (7)2.2.1标准kε-模型： (8)-模型： (8)2.2.2 SST kω2.2.3 SAS SST模型 (9)2.3竖直轴水轮机性能计算的理论模型 (9)2.3.1贝茨理论 (9)2.3.2双盘面多流管模型 (12)3竖直轴潮流能水轮机的结构及参数分析 (15)3.1水轮机工作原理 (15)3.2水轮机叶片的受力分析 (15)3.2.1 叶片受力 (15)3.2.2水轮机结构参数设计 (17)3.3叶片的攻角变化分析 (19)3.4本章小结 (20)4竖直轴潮流能水轮机数值模拟研究 (21)4.1水轮机几何模型的建立及网格划分 (21)4.2计算域及边界条件 (22)4.3数值计算合理性验证 (23)4.4数值模拟结果与实验结果对比 (27)4.5本章小节 (29)5竖直轴潮流能水轮机叶轮改型及数值模拟研究 (31)5.1叶轮部分改型模型 (31)5.1.1模型建立 (31)5.1.2网格及边界条件设置 (32)5.2螺旋叶轮与直叶轮的数值模拟结果对比分析 (33)5.2.1能量捕获系数分析 (33)西安理工大学工程硕士专业学位论文5.2.3叶轮涡量分析 (38)5.2.4叶轮速度分析 (39)5.2.5流线分析 (42)5.3本章小结 (43)6导流罩的设计及优化 (45)6.1竖直轴潮流能导流罩设计 (45)6.1.1 导流罩的工作原理 (45)6.1.2导流罩的结构设计 (45)6.1.3导流罩线型取样 (47)6.2CFD计算模型 (49)6.2.1模型及网格划分 (49)6.2.2边界条件 (50)6.3线型模拟分析及优化 (50)6.3.1线型模拟结果分析 (50)6.3.2优化方法及结果分析 (52)6.4本章小结 (55)7总结与展望 (57)7.1总结 (57)7.2展望 (58)致谢 (59)参考文献 (61)附录 (65)第一章绪论1 绪论1.1课题研究背景与意义众所周知，能源是社会经济发展的重要物质基础，它不仅严重影响着现代工业的发展还与我们的日常生活息息相关。
竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究的开题报告
竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究的开题报告一、选题背景和意义潮汐能是一种可再生的能源，由于其利用效果好、污染小、稳定性高等特点，备受关注。
潮汐能利用方式较多，其中一种是采用竖轴潮流水轮机进行直接利用，由于其结构简单、上下游影响小等优点，在一些特定的潮汐资源较丰富的地区使用颇为广泛。
因此，对竖轴潮流水轮机水动力性能进行实验与数值研究具有一定的理论和实践意义。
通过实验研究可以了解水轮机的稳定性、启动性能、效率和功率输出等水动力性能参数，同时也可以对水轮机的设计和优化提供依据。
二、研究内容本文拟进行竖轴潮流水轮机水动力性能的实验与数值研究。
具体内容包括：1. 竖轴潮流水轮机的设计和制造。
选定水轮机的工作条件和参数，并进行设计、制造和安装。
2. 水力实验。
通过试验台对水轮机进行各种水动力性能参数的测试，并记录试验数据。
3. 数值模拟。
采用CFD软件对竖轴潮流水轮机的水动力性能进行数值模拟，得出相应的水力特性曲线。
4. 实验与模拟结果的比较和分析。
对试验数据和数值模拟结果进行比较和分析，探讨竖轴潮流水轮机水动力性能的特点和优化方向。
三、研究方法本文采用实验与数值模拟相结合的方法，通过试验与数值模拟的相互印证，得出竖轴潮流水轮机的水动力性能参数。
具体方法包括：1. 设计和制造竖轴潮流水轮机，并进行安装和调试。
2. 在试验台上对水轮机进行水力性能参数的测试，包括水头-功率特性曲线、水量-功率特性曲线、效率-流量特性曲线等。
3. 基于CFD软件对竖轴潮流水轮机的水动力性能进行数值模拟，得到相应的水力特性曲线。
4. 对试验数据和数值模拟结果进行比较和分析，深入探讨竖轴潮流水轮机的水动力性能特点和存在的问题，提出相应的优化方案。
四、研究预期成果通过本文的研究，预计可以得到以下成果：1. 竖轴潮流水轮机的设计与制造，具备一定的理论和实践参考价值。
2. 对竖轴潮流水轮机水力性能参数进行测试和分析，得到相应的水力特性曲线，为该水轮机的优化和改进提供依据。
浪-流联合作用对垂直轴水轮机水力性能的影响
浪-流联合作用对垂直轴水轮机水力性能的影响在实际海洋环境中,海洋动力过程复杂多样。
潮流运动往往和波浪相互作用,发生浪流联合作用的环境载荷,这种耦合流动会对海工建筑物、航道等产生巨大的破坏。
本文以垂直轴三叶片潮流能水轮机为研究对象,通过数值模拟方法建立了二阶stokes波浪水槽,在波浪与均匀流的联合作用下,研究水轮机运行过程中的水动力性能变化;与此同时针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点提出相应的改善方法,主要研究内容及相关结论如下:1)确立以二阶斯托克斯波浪方程为基础,根据行波解析解探究了数值波浪边界条件的合理给定方式,采用边界造波法、阻尼消波技术及VOF自由表面处理方法,基于CFX软件构建了二维和三维的数值波浪水槽,成功实现了二阶Stokes波浪的数值模拟。
数值波浪具有良好的品质,在爬升和下降的传播过程中具有良好的稳定性和周期性,与理论波形较好的吻合。
在波浪参数误差中,因波浪粘性作用导致能量耗散造成波高误差值最大。
2)基于波浪的数值模拟方法,在三维水槽中添加垂直轴潮流能水轮机,进行二阶Stokes波浪与均匀流联合环境对水轮机的模拟分析,对比了均匀流和浪-流联合条件中水轮机性能和内部流场。
结果表明,浪流耦合流动造成了输出能量的极大波动,加剧了机组的不稳定性。
内部实际流场是随着浪流耦合流动而不断变化的非稳态流场,受浪流叠加作用变得更加复杂紊乱,在叶片尾部和转轴后方形成较长的涡带。
3)针对水轮机在均匀流和浪流联合载荷中均表现出来的输出能量低且不稳定的缺点,引入了一种螺旋“三角型”叶片来替代传统直叶片H型叶轮,研究了均匀流环境下螺旋“三角型”叶轮的水力性能。
经过综合对比,15°螺旋包角的叶轮性能最佳,提升了能量捕获系数的同时改善了能量输出稳定性。
此外,通过叶轮改型前后的内流场对比发现,螺旋叶轮不仅有效地减小了叶片尾涡的尺寸和范围,也减小了叶片上水压力脉动的幅值,有利于机组运行稳定性的提高。
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关 键 词 ：竖轴；可再生能源；换能机械；拖曳水池；波流耦合 中图分 类 号 ：Ｖ ２ １ １ ． ７ 文 献标 识码 ：Ａ
Ｏ 引 言
能源 是人类 社会 存 在和 繁荣 的物 质基 础 之一 。 特 别 是 自十八世 纪 西方 工业 革命 以来 ， 化石 能源 （ 煤 炭 、石 油 ）作 为基 础能 源大 大推 动 了世 界各 国经 济 的发展 ，有 力地 促进 了人类文 明的进 步 。然而 自上 世 纪７ Ｏ 年代 初 期暴 发首 次石 油危 机起 ，能源 危机 就一 直伴 随着 各 国经济 的发展 ，“ 常规 燃料 供应 的不稳 定 性和 有 限性” 这 一论 断逐 步 为各 国所接 受 Ｊ 。温 室效 应 、环境 恶 化及 能源 紧缺 等世 界共 性 问题一 直是 当今 世 界所 关注 的焦 点 ，“ 低碳” 、“ 减 排” 和“ 节 能” 等词 汇越 来越 频繁 地 见诸 于 网络与报 刊 。各 国政府对
击 水轮 机 ，使 水 轮机 转动 产 生机 械 能 ，通过 机械 传 动带 动 发 电机 发 电。根 据 结构形 式 的不 同 ，分 为水
平轴 、竖轴和横轴式水轮机。较之于水平轴水轮机和横轴水轮机 ，竖轴水轮机型式的潮流能发 电装置
具 有 流 向适应 性 强 、适 合 大规 模 阵列 布 置等特 点 ，具有 很 强 的应用 优 势Ｌ ２ Ｊ 。对 竖 轴 式水 （ 风 ）轮机 已 进 行 了较 多 的研 究 ，其 中大 多数 是 分析 给 定转 速和 来 流情 况 下 叶片上 的转矩 特性 。文献 ［ ３ ］ 中Ａｋ ｉ ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ Ｉ ｉ ｄ ａ 使 用 大涡 模方 法模 拟研 究 竖轴 风 力机在 非 稳态流 下 的气 动性 能 ， 文献［ ４ ］ 中作 者利 用面 元法 ， 建立 多 个 叶 片非 定常 运动 涡元 模 型 ， 分析 多 叶片 共 同运 动 时 叶片 与尾 涡及 叶片 与叶 片 间的干 扰效 应 。 刘培 检 【 ５ Ｊ 使用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 模 拟竖 轴潮 流 能水 轮机 的 自启动 性 能 ， 分析 负载 阻尼 系数 对水 轮机 能量 利用 率系 数 的影
竖轴潮流 能水轮机水 动 力性 能水池试验 分析
李广年 ， 一 ，吴卫 国 ，谢永和 ，劳展 杰 ，张 波
（ １ ．武汉理工大学交通学院 ，武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ３ ；２ ． 浙江海洋 学院船海 学院，舟 山 ３ １ ６ ０ ０ ０ ）
摘
要
针对 竖轴 潮流 能水 轮机 的水 动力性能，在拖曳水池 中开展模型试验研 究。在若干给定 的转速和流速情况 下考察水轮机 能效指数 。改变水 轮机模 型的结构形 式及 其工作环境 ，分析尖速 比、叶片偏角 以及密实度对能 效指数 的影响 。 研究竖轴潮流 能水轮机在 波流耦合作用 下的水 动力响应， 分析 波浪对水 轮机 能效指 数的影响。
响 。哈 尔滨 工程 大 学张 亮等 ［ ６ － ９ １ 通 过 数值模 拟 和水槽 实验等 方 式研 究 了水轮机 叶 片安 装角 度 、安装位 置
对 其载 荷和 叶轮 整体 性 能 的影 响 。水轮 机 处于 海流 场 中 ，在 海 流 的驱 动下 转动 ，另一 方面 水轮 机 的转
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — １ ０ — １ １ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ３ ． ０ ３
验研 究 。较之 于 水槽 ，拖 曳水池 试 验 时水是 静止 的 ，而模 型在 运动 ，这可 以保 证速 度 的稳 定性 。另 一 方面 水池 尺 寸 比较大 ，可 显著 降低 池壁 效应 。
１ 试 验 装 置
试 验 在 浙江 海 洋 学 院船 模 拖 曳水 池 中进行 。水 池 长 １ ３ ０ ｍ，宽 ６ ｍ，深 ４ ｍ，拖 车最 高 速 度可 达 ６ ． ５ ｒ ｎ ／ ｓ ｌ ｌ 们 。造波 机 为 电液 伺服 驱 动控制 的纯摇板 式 造波 机 ，其 中 ，造 波板 是 中空 的箱 形平板 ，高 ２ ｍ，
５ ５ 卷
第 １ 期（ 总第 ２ ０ ８ 期）
中
国
造
船
、 ， ０ １ ． ５ ５ Ｎｏ． １（ Ｓ ｅ ｉ ｆ ａ １ Ｎｏ ． ２ ０ ８）
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ３月
Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵＩ ＬＤＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文章编 号：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ １ ． ０ １ ４ ３ ． ０ ６
基 金项 目： 国家 自然科 学基 金 （ ５ １ ２ ７ ９ １ ８ ２ ）：浙 江省 自然 科学 基金 （ Ｌ Ｑ１ ２ Ｅ ０ ９ ０ ０ １ ）；浙 江省 教育 厅科 研 项 目 （ Ｙ ２ ０ １ １ ２ １ ７ ４ ７ ）：浙 江省科
技 计划 项 目 （ ２ ０ １ ３ Ｄ ４ ０ ０ ３ ７ ） ；科技 部星 火 计划项 目 （ ２ ０ １ ３ Ｇ Ａ７ ０ ０ ２ ５ ３ ）；海 洋工 程 国家 重点 实验 室 （ 上海 交通 大学 ）开 放基 金
包 括海 洋 能在 内 的可再 生 能源利 用 的技 术给 予空 前 的重视 和支 持 ，海洋 能 己成 为 能源 开 发技 术领域 中
非常活跃的分支。具有可再生、无污染等特征的潮流能是一种很重要的海洋能源 ，潮流能的利用引起
了包 括 中国在 内 的世界 各 国政府 前所 未有 的重视 。
水轮机作为一种重要 的潮流能换能元件，它在整个潮流能利用过程 中起着重要作用 。海洋潮流冲
（ １ ２ ０ ３）
中
国
造 Leabharlann 船 学 术论 文 动又 影 响海流 流场 ，这 是一 个 复杂 的过程 ，它给 数值 模拟 带来 一 定困难 。模 型试 验 是潮 流 能水轮 机水
动力性能研究的一种重要方式，现有文献中的试验大多是在水槽中开展，但水槽规模有限，池壁效应、 尺度效应均有较大影响，而且存在水流速度不均匀，速度值不稳定的问题 。本文在拖曳水池 中开展试