叶片前缘偏转对H型垂直轴水轮机性能的影响

为提高传统直叶片升力型（H型）垂直轴水轮机的获能效率,提出一种带前缘可偏转叶片的新型垂直轴水轮机,利用计算流体力学（CFD）方法,结合重叠网格和动网格技术对这种新型垂直轴水轮机叶轮的水动力性能进行系统的数值模拟计算,分析不同叶尖速比下带前缘偏转叶片的垂直轴水轮机绕流流场,从而探究前缘偏转角度和偏转长度对这种水轮机动力性能和获能效率的影响规律。结果表明,根据叶片旋转到不同位置时实施前缘偏转可改变来流攻角从而减缓或抑制叶片吸力面的流动分离,有效改善其动态失速特性,进而使H型垂直轴水轮机的水动力性能和获能效率得到明显提升。研究发现,低叶尖速比下这种改善效果最为显著,可拓宽H型垂直轴水轮机高效运行的工作范围。     

超低比转速混流式水轮机转轮的水力设计与数值模拟

为实现冷却塔富余能量的回收,需要开发出一种新型超低比转速水轮机与风机直接匹配.采用二元理论,从相对导叶高度(H/D)、转轮流道、叶片环量、叶片数等方面进行开发设计.然后基于N-S方程和κ-ε紊流模型采用FLUENT对新型水轮机转轮进行数值模拟,分析研究了转轮的流动、汽蚀和能量性能.数值模拟结果表明:超低比转速水轮机内部流动性能良好,水轮机效率在较大的进口冲角范围内达80％以上.     

新型环保小型水轮机节能开发研究

以计算流体力学软件（CFD）为辅助工具，设计开发一种新型环保小型水轮机，用以代替冷却塔中电动机，带动风机旋转制冷，达到节能的目的。重点对水轮机转轮尺寸、叶片数和喷嘴形状进行了优化研究，同时对优选方案的计算结果与实验结果进行了比较，二者基本吻合。表明了利用计算流体力学软件优化设计出的新型环保小水轮机具有良好的工作性能．运行稳定可靠，能够满足冷却塔中的工作要求，可以在有条件的地方推广应用。     

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。     

新型冷却塔用水轮机流固耦合计算与分析

为研究一种新型冷却塔用水轮机结构的稳定性,通过双向流固耦合计算,分析水轮机桨叶在稳定运行时的应力变化及变形,揭示了固体叶轮应力分布与水体压力分布的规律。结果表明,该水轮机的转轮叶片应力分布均匀,且叶片的总变形主要发生在叶片出水边侧;叶片动应力主频、变形主频与叶片通过频率相吻合,可知叶轮结构的动静干涉引起的波动是造成叶片动应力波动及总变形变化的主要原因之一。     

固定偏角垂直轴潮流能水轮机叶片安装位置试验研究

叶片安装位置是影响固定偏角垂直轴潮流能水轮机水动力性能的关键参数之一,为了研究其对水轮机性能影响的基本规律,建立了垂直轴水轮机水槽模型试验系统,设计了垂直轴水轮机性能和载荷测试方法。通过试验结果的分析,得到了叶片安装位置对水轮机能量利用率、推力系数、侧向力系数和合力系数的影响规律,为水轮机设计提供了试验依据。     

水平轴潮流能水轮机复合材料叶片自适应性研究

叶片是水轮机中潮流能向机械能转化的核心部件,直接影响水轮机的水动力性能和结构性能。以水平轴潮流能水轮机复合材料叶片为例,基于复合材料弯扭耦合理论,采用双向流固耦合方法研究了叶片的自适应性。结果表明,采用对称铺层方式的复合材料叶片,可提高水轮机的能量利用率,并在较大的速比范围内使水轮机保持较高的效率;降低叶片上的应力集中,可改善结构性能;对称铺层可利用叶片的弯扭耦合特性,使叶片具备自适应性,从而提高水轮机的水动力性能和结构性能。     

基于CFD的微水头双向水轮机叶片比选及整机性能分析

针对微水头双向灯泡贯流式水轮机叶片翼型和形状对其性能的影响,在相同设计水头下,对3种叶片的微水头双向贯流式水轮机进行了CFD数值模拟,对比分析了正反向工况下3种叶片的水轮机的外特性(流量、效率、出力)、叶片表面静压分布和相对流速矢量分布,最终确定了叶片C为较优叶片,进而分析了较优水轮机模型下的各部分水头损失以及内部流场规律。结果表明,正向工况下由于灯泡体后置,使得出水流道内出现回流、漩涡等不良流态,增加了撞击损失,故正向工况的效率低于反向工况。     

基于Fluent的叶片展长对卧式水轮机水动力性能影响的数值研究

提出了一种能够利用波浪能发电的装置,其吸收海水能量的主要构件是卧式水轮机.为了研究卧式水轮机的水动力学性能,采用有限体积法,并利用非定常SST k-ω湍流模型和滑移网格技术,对其进行了三维数值模拟与实验研究,分析了在六种不同叶片展长下叶轮的水动力学特性.通过将数值计算结果和实验结果进行比较,验证了SST k-ω湍流模型和滑移网格技术的可行性.结果发现:叶片展长递增对水轮机叶片的合力系数几乎没有影响,但是对轮机转矩系数和叶轮能量利用率影响很大;在低尖速比时,叶片展长对水轮效率影响不大,当尖速比大于2.5时,叶片展长对水轮效率的影响明显加大;叶片展长越长,叶片切向力越大,水轮机对水能的吸收能力越强.