导流罩对潮流能水轮机效率提升分析

设置导流罩能提高潮流能水轮机效率,缩小转轮尺寸,降低机组造价。为了揭示导流罩聚能增效机理,采用VOF两相流模型对竖轴直叶潮流能水轮机进行三维模拟分析。即先根据模拟对象计算无导流罩情况下水轮机效率与尖速比的关系曲线,并对比加装导流罩前后的流态变化;然后分析导流罩各体型参数对水轮机获能效率的影响,通过正交分析得到使水轮机效率最高的体型。研究表明,导流罩通过提高转轮下游盘面流速来提高水轮机获能效率,其中导流罩喉部宽度对水轮机效率影响最大。     

新型潮流能发电装置的水动力学特性模拟

为深入分析水平轴潮流能发电装置的水动力性能,文章建立了叶轮和导流罩模型,使用计算流体力学理论（CFD）和流体仿真软件FLUENT对水轮机叶轮与导流罩周围的流场分布进行模拟分析,并对3种叶片数和6种导流罩张角下的水轮机进行数值模拟,模拟结果表明：当叶片数为4,导流罩张角为25°时,水轮机输出功率与获能效率均达到了较为理想的效果。研究结果可为今后新型水平轴潮流能发电装置的结构设计与优化提供参考和依据。     

微水头水流能水轮机水动力性能研究

针对微水头低流速水域流速梯度的问题,在水轮机导流罩基础上设计一种采集装置,使水轮机能提前采集低流速水流, 用结构补偿流量, 并通过数值模拟与试验相结合的方法,研究在非均匀流中加装采集装置对水轮机水动力性能的影响。结果表明：加装采集装置可减弱流速梯度对水轮机水动力性能的影响, 在低流速时作用明显。同时加装采集装置可增大水轮机输出功率, 减小启动流速,输出功率最多增大约2.2倍,启动流速可减小约0.1 m/s。     

轴流式潮流能发电装置导流罩水动力特性研究

以提高潮流能水轮机工作效率为目的,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,通过改变影响导流罩水动力特性的几个关键参数,对4种不同母线线型的导流罩进行数值模拟,并初步分析开口张角对圆型导流罩水动力学性能的影响。研究结果表明:导流罩对于提高水轮机水动力学性可发挥重要作用,基于Fluent的数值模拟结果与实验值吻合较好,为轴流式潮流能发电装置导流罩的设计提供可行的方法和依据。     

导流涵道安装角度对垂直轴水轮机性能影响研究

垂直轴水轮机转子增加增速装置能够有效提高能源利用率,但相关导流涵道安装角度对垂直轴水轮机水力学性能影响的研究较少。文章针对一种导流涵道装置,采用CFD数值模拟研究方法,研究导流涵道安装角度不同时,对垂直轴水轮机的输出功率和能源利用率的影响,以及垂直轴水轮机叶片和导流涵道的受力情况。研究结果表明:当导流涵道安装角α为0°时,水轮机的能源利用率最大,最大可达0.658,导流涵道受力情况更好;当安装角α为0～10°时,随着安装角度的增大,水轮机的能源利用率逐渐减小,最大减少13.6%,水轮机叶片受到的平均侧力会增加,平均推力和平均扭矩会减小,下导流涵道受力和力矩增大。     

潮流能垂直轴水轮机导流罩装置设计与优化分析

Savonius型水轮机是一种垂直轴式水轮机,其结构简单,适用于流动方向变化的情况,具有广泛的应用前景。为改善水轮机的工作性能,解决其效率较低的弊端,设计了简单的单向导流罩装置,并选取尖速比系数为0.4的工况,对多种设计型式的导流罩装置进行模拟计算,优化装置的设计参数;最后对最优装置进行多种工况下的性能分析,并与未加导流罩装置的叶轮进行对比。结果表明,导流罩装置的最优参数组合中α为50°、β为40°、距离L为5R/6;加装导流罩装置后,叶轮的最优尖速比系数为0.8,最大功率系数为0.390 21,比单纯的优化后叶轮提高了18.565%,比基本S型叶轮提高了50.053%。     

风电机组多部件融合气动分析

选用华锐风电1.5 MW变速恒频双馈式风力发电机SL1500/61为基本模型,对装配3种不同类型导流罩的风力发电机组机舱与叶片进行融合建模,通过数值模拟分析方法进行整体模型的合理性验证。在极限风速下分析3种导流罩及机舱附近流场的空气动力学特性,结果表明,风机叶片的尾流速度差距约1 m/s,阻力型导流罩前端的高压面积最大,装配W型导流罩的风机机舱表面压力特性优于其他类型,不同导流罩表面的涡粘性存在明显的差距。叶片融合技术可以较好地解决叶片根部与导流罩端壁连接处所存在的角区流动现象,达到减小误差的导流效果。     

实海况下流速梯度对潮流能水轮机水动力性能影响的数值研究

针对实海况条件下来流梯度,基于现场实测的流速和水深数据,对实尺度水平轴潮流能水轮机的水动力学性能进行仿真,对比水轮机在流速梯度影响下获能和轴向力变化规律。结果表明,真实潮流场中流速梯度不仅对水轮机的获能和轴向力产生影响,还会造成流场的布放水深对水轮机实际获能产生影响。同时,流速梯度造成水轮机运行时所受载荷发生动态变化,使得叶片处于不同位置时轴向力和转矩呈现周期性波动,影响叶片的获能和动力稳定性,引起振动和寿命疲劳等问题。     

基于数值模拟的海浪水轮机变角度导流装置参数优选

为保护叶轮在高海浪流速情况下不超载工作,提出一种新型变角度导流罩装置,即在流速较小时流体在导流罩内加速,提高波能利用率降低叶轮启动速度;随着流速增加,变角度导流口收缩,有效减少受冲击叶轮面积保护叶轮。并采用RNG湍流模型对变角度装置长短轴比值、导流罩形状、角度三个参数进行数值分析和性能选择。结果表明,在高流速情况下加装变角度导流罩对叶轮保护作用明显,选取长短轴比值3∶1、采用Y型导流罩、初始角度值45°时波能利用率最高;模拟结果与试验结果吻合较好,验证了模拟结果的可靠性。     

海流能水平轴水轮机尾流场流速研究

运用简化风车理论,对海流能水平轴水轮机叶片进行设计,在浪流水槽中进行水轮机模型试验,应用计算流体力学软件Fluent对水轮机进行数值模拟,研究水流流速、尖速比、桨距角和叶片尺寸对尾流场流速的影响。研究结果表明,尾流截面轴心处流速比边缘流速小,横向机组间最佳轴间距为2D。水轮机下游8D范围内为急速增大区,纵向机组间最佳纵间距为8D。水流流速越大、尖速比越小、叶片尺寸越小对下游机组布置越有利,桨距角对尾流场流速恢复影响不明显。     

实度对低风速风电机组风轮气动性能影响研究

为提高低风速地区的风能利用率,研究风轮实度对低风速风电机组气动性能的影响。考虑影响风轮实度因素（叶片数量、弦长及安装角）,设计2组不同弦长叶片与可调安装角轮毂。安装角改变时不仅会引起实度变化,还会使叶尖速比发生改变。通过车载试验验证安装角不同时对风轮气动性能的影响主要与叶尖速比相关。根据不同风轮表面压力分布数值模拟结果得出：相同风速下,弦长由叶根到叶尖逐渐增大的叶片更易启动。相同条件下,试验机组输出功率与数值模拟机组输出功率最大相差5.37%,说明数值模拟结果可信。随着风轮实度的增加,风速5 m/s时,其风能利用系数呈增大趋势,风速8 m/s时,其风能利用系数呈减小趋势,两趋势相交时实度为25.38%,得出该实度下风轮气动性能较优,即可得到适合低风速地区的风轮实度。     

不同纵荡幅值下浮式水平轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境对于浮式潮流能水轮机性能的影响,对均匀来流环境下施加波浪激励下的水平轴获能叶轮进行水动力分析。结合ANSYS-Fluent流体仿真软件并对其进行二次开发,采用重叠网格法建立均匀来流时浮式获能叶轮受迫运动的水动力分析模型,模拟S型双向潮流能叶轮在不同幅值的纵荡运动时的水动力性能,并结合实际水槽试验对计算结果的准确性进行验证。分析结果显示：纵荡激励使获能叶轮周边的流场速度产生明显的瞬时波动,且获能叶轮受力载荷的波动幅值会因纵荡激励作用的增强而升高;叶轮尾流场的流速变化和流线的变化伴随纵荡幅值的增大而增大,但流场的均匀度伴随纵荡幅值的增大而降低。     

水平轴潮流涡轮池壁效应修正方法分析

通过数值仿真与模型试验的方式分析池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能的影响。通过总结公开发表文献中池壁效应修正方法,获取不同流域以及来流流速下5种池壁效应的修正结果,并与无限流域下水平轴潮流涡轮的能量转换效率以及阻力系数进行对比,进而获得可准确预估无限流域下水平轴潮流涡轮水动力性能的池壁效应修正方法。结果表明：池壁效应会对潮流涡轮的水动力性能产生较为明显的影响,受限流域下潮流涡轮能量转换效率以及阻力系数高于无限流域下的结果,且池壁效应对潮流涡轮的能量转换效率的影响伴随尖速比的增加呈逐渐增大的趋势。受阻塞因子与尖速比的影响,不同池壁效应修正方法的预估精度不同;其中,Pope-Harper以及Bahaj这2种池壁效应修正结果在不同来流流速、阻塞因子以及尖速比下与无限流域下潮流涡轮的水动力性能吻合良好。     

安装高程对潮流能水轮机尾迹特性影响试验研究

为探究安装高程对潮流能水轮机尾迹特性的影响,以模型潮流能水轮机为研究对象,采用ADV采集尾流场速度数据,对比分析不同高程下的尾流场特性,揭示安装高程对潮流能水轮机尾迹特性的影响规律.结果表明:随着安装高程的增加,转轮后方尾流速恢复速度逐渐加快,而湍流强度和雷诺切应力恢复速度有逐渐减小的趋势;横向尾流场水动力特性沿转轮中...     

涡流发生器对潮流能水轮机叶片流动分离特性影响研究

当来流速度过大或在大攻角来流工况下,潮流能水轮机叶片边界层会发生流动分离,导致获能效率降低,甚至会使叶片发生失速破坏。针对上述问题,该文将涡流发生器（VGs）理论与水轮机叶片设计相结合,开展VGs对潮流能水轮机叶片流动分离现象的抑制机理研究。以NACA63418翼型设计的潮流能水轮机叶片为研究对象,分别建立带和不带VGs的叶片三维模型,应用CFD方法研究VGs对潮流能水轮机叶片的流动分离特性影响。结果表明：水轮机叶片流动分离主要发生在吸力侧表面叶根部分,随着流速的增大会沿叶根向叶尖径向扩展;VGs能有效减小水轮机叶片吸力侧表面分离区域,抑制流动分离现象发生;在该研究中,安装VGs后水轮机叶片整体获能性能提升明显,获能系数增加0.5%~5.0%,且能增加潮流能水轮机运行稳定性。     

不同偏流角下潮流能水轮机水动力特性与熵产率分析

采用CFD与熵产理论相结合的手段,分析了不同偏流角对潮流能水轮机水动力特性的影响,发现偏流使无导管水轮机和导管水轮机输出功率及轴向推力均不同程度地降低,偏流20°时,两者功率最大下降率分别达到30.6％、16.8％,转子轴向推力最大下降率分别达到30.2％、19.8％.由于导管的聚流效应,不同偏流角下导管水轮机相比无导...     

后掠式水平轴潮流能水轮机的载荷与获能特性研究

针对双向潮流能有效利用问题,设计一种基于对称翼型的新型后掠式水平轴潮流能水轮机,并研究其水动力性能。根据对称翼型升阻力特性与叶片展向攻角变化,采用变截面设计优化后掠式对称翼型叶片,并基于Buhl修正模型分析不同后掠偏移叶片所受推力与获能特性。通过3D建模与水槽实验,研究不同后掠偏移叶片的载荷与获能情况。模型实验研究表明,同一尖速比下,后掠偏移量为10%和15%的水轮机相对于偏移量为5%的水轮机所受推力最大分别降低4%和13.3%,获能效率最多分别减小3.8%和11.1%,其中推力比获能效率减幅更大。实验结果与理论分析变化趋势吻合,但减幅比理论值偏高。此外,该水轮机3种后掠偏移量下对应获能效率随桨距角的增大分别降低18%、14%和6%,获能效率下降显著,与300 kW样机实海况运行情况变化趋势相同。     

基于滑移网格的垂直轴潮流水轮机的三维数值模拟

为了探究翼型对垂直轴水轮机水力效率的影响,基于叶素理论分析建立了垂直轴潮流水轮机在水槽中的物理模型,采用滑移网格技术在Fluent软件中对模型的流场进行了三维数值模拟。在保持转速一定、更改来流速度即改变叶尖速比的条件下,分析了两种不同NACA翼型直叶片的潮流水轮机内部流场以及水力性能。结果表明,翼型以及叶片安装角对垂直轴潮流水轮机的利用效率影响很大,其流动特性与来流速度、叶片布置形式有重要联系,为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

安装于跨海桥梁下部结构的竖轴潮流能水轮机水动力性能研究

文章采用物理模型实验和基于Fluent的二维数值模拟方法研究了竖轴水轮机安装在典型桥梁下部结构(单圆桩、圆端形墩台、四圆桩)且相对尺寸发生变化时,水轮机水动力性能的变化情况。研究结果表明:与桥梁下部结构组合后,竖轴水轮机的能量输出显著提升,单圆桩提升幅度最大,圆端形墩台次之,四圆桩最小;单圆桩和圆端形墩台相对水轮机尺寸增大时,水轮机的能量输出随之增大,四圆桩相对水轮机尺寸增大时,水轮机的能量输出随之减小;竖轴水轮机与桥梁下部结构结合后,下部结构附近的高流速区增加了水轮机的能量输入,扩大了竖轴水轮机的获能范围并提高了能量获取幅值。