矩形潮流水轮机水动力性能研究

《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。

一种新型潮汐能水轮机的性能分析一种新型潮汐能水轮机的性能分析随着环保意识的不断提高和新能源的快速发展，潮汐能作为一种绿色、可再生的清洁能源，成为了人们关注的热点之一。

在潮汐能转换技术领域，水轮机作为一种古老而又成熟的能源转换技术，正在被广泛研究和应用。

本文将重点介绍一种新型潮汐能水轮机的性能分析。

一、潮汐能水轮机的结构和工作原理潮汐能水轮机是一种利用潮汐能量驱动水轮机转动，将机械能转换为电能的设备。

它的结构与传统的水轮机相似，主要由水轮、轴承、发电机、定子、转子等组成。

潮汐能水轮机的工作原理是将潮汐水流引入水轮中，通过水流的冲击力和推动力，使水轮开始旋转。

旋转的水轮通过轴承传递动力给发电机，发电机将机械能转换成电能输出，并将电能输送到电网供电。

二、潮汐能水轮机的性能参数为了评价潮汐能水轮机的性能，需要了解以下性能参数：1.效率潮汐能水轮机的效率是指在特定的运行状态下，将输入的能量转换为输出能量的比例。

常见的效率包括机械效率、液压效率和发电效率等。

机械效率为水轮转动时传递到轴承的能量与水轮输入的能量之比，液压效率为水轮输入的能量与潮汐能输入的能量之比，而发电效率为发电机输出电能与水轮输入能量之比。

2.水轮转速潮汐能水轮机的水轮转速影响其机械效率和液压效率等性能参数。

通常情况下，水轮的转速在100到300转/分钟之间。

3.水轮直径和宽度水轮直径和宽度是潮汐能水轮机设计时需要确定的关键参数，它们会影响潮汐能水流的进入和流出，以及水轮效率和输出功率。

4.发电机容量潮汐能水轮机的发电机容量是指其最大输出电功率，通常情况下，发电机容量在100千瓦以上。

三、潮汐能水轮机的优劣分析1.适用环境广潮汐能水轮机能够适应不同潮汐水位和水流速度，因此在不同的区域和环境中都具有很好的适用性。

2.具有优异的能量转换效率潮汐能水轮机利用潮汐水流驱动水轮旋转，无需任何燃料，具有较高的能源转换效率，因此在节能减排、环保可持续等方面具有很好的表现。

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。

第20卷 第3期 中 国 水 运 Vol.20 No.3 2020年 3月 China Water Transport March 2020收稿日期：2019-10-19作者简介：尹 锐（1991-），男，昆明理工大学津桥学院 讲师。

基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2018JS750）；云南省高等学校本科教育教学改革项目（JG2018262）。

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尹 锐（昆明理工大学 津桥学院，云南 昆明 650106）摘 要：为探索潮流能水轮机翼型几何参数对其水动力学特性的影响规律，以NACA 系列翼型为研究对象，选择最大相对弯度及其所在位置、最大相对厚度及其所在位置四个主要因素，通过L 9（34）正交表得到9个试验组合。

利用Fluent 对不同几何参数下的翼型进行建模，以最大升阻比为评价指标，进行正交试验。

通过极差分析，得到翼型最大升阻比各影响因素的主次顺序，最终得出NACA7408-40%为最优的参数组合。

为潮流能水轮机翼型的设计提供参考。

关键词：潮流能水轮机翼型；水动力学特性；正交试验；数值模拟中图分类号：TV136 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）03-0111-02引言海流能泛指水流所蕴含的能量，储量丰富，开发潜力巨大[1]，能转化为其他形式的能量，且相对比较稳定[2]。

海流能的种类有潮汐能和潮流能，潮汐电站成本高且破坏生态[3]，而潮流发电无需筑坝，受到广泛关注[4]。

翼型的几何参数对其水动力学特性起决定作用，很多学者开展了各种研究。

Goundar [5]等通过数值模拟和试验的方法对比了HF-Sx、Fx63137及NACA63815翼型的升阻特性；Bahaj [6]等对海流能叶片翼型进行了相关试验；袁鹏[7]等研究了不同几何参数对NACA4412翼型水动力学性能的影响规律。

上述研究增进了人们对潮流能水轮机叶片翼型的认识，但翼型几何参数对其水动力学特性影响的主次顺序尚不清楚，本文对不同几何参数下的NACA 四位数系列翼型进行数值模拟，通过正交试验得到翼型最大升阻比各影响因素的主次顺序以及最优组合。

58卷第2期（总第222期) 2017年6月中国造船SHIPBUILDING OF CHINAVol.58 No.2(Serial No. 222)Jun.2017文章编号：1000-4882 (2017) 02-0189-10浪流共同作用下潮流能水轮机性能试验研究马伟佳\荆丰梅、王树齐2,刘京1(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001;2.江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江212003)摘 要浪流共存环境中的潮流能水轮机性能研究旨在为准确地估计潮流能发电装置的生存性及获能效率等重 要指标提供依据。

论文基于模型试验的方法，采用发电功率为l k W的水平轴水轮机模型，在不同叶尖浸没水 深条件下，研究规则波以及极限波作用下的水轮机特性，揭示其功率与载荷的变化规律。

研究结果可为潮流 电站设计提供依据以及为数值方法的有效性验证提供数据。

关键词：浪流共存；潮流能；水平轴水轮机；模型试验中图分类号：T K7文献标识码：A〇引言近年来，海洋可再生能源开发利用受到了髙度重视。

包括潮流能在内的海洋能开发利用，不仅有 利于发展海洋经济、降低排放并改善海洋环境，而且对管控和建设远离大陆的海岛（500 m2以上的6500 多个海岛）有重大的战略意义。

我国东海、南海岛屿分布广、离岸远，若从大陆长距离海上输送电能则 不现实；若把煤炭或油气远距离运送到海岛上再发电，对于东海、南海的岛屿则耗费巨大；而利用潮 流能来满足海岛建设的能源需求则是最好的选择之一。

潮流的流速和流向是周期性变化的，受岸线、海底山脉和自由面的影响，潮流中伴随大尺度的旋 涡和小尺度的湍流，流速和流向均不稳定。

波浪是水体重力与惯性力的动态平衡，利用波浪可以发电,但是波浪对潮流能装置的能量捕获是有影响的。

英国的E P S R C[1]报告指出：浪流共存环境中的海洋能 装置的水动力性能已被认为是一个很重要问题；如果对此没有很好的认知，就不能较准确地估计装置 的生存性、获能效率等重要指标。

《多转子垂直轴潮流能水轮机水动力特性研究》一、引言随着对可再生能源需求的日益增长，海洋能源的开发和利用变得越来越重要。

潮流能作为海洋能源的一种重要形式，具有巨大的开发潜力。

多转子垂直轴潮流能水轮机是潮流能发电的核心设备，其水动力特性的研究对于提高发电效率、优化设备设计具有重要意义。

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发电的设备，其特点在于具有多个转子，且转子轴线垂直于水流方向。

这种设计使得水轮机能够更好地适应复杂多变的海流环境，提高能量捕获效率。

多转子水轮机通过多个转子的协同作用，实现更高的发电能力，具有广阔的应用前景。

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。

数值模拟方面，利用计算流体动力学（CFD）软件对水轮机进行建模和仿真分析，得到水轮机在不同流速、不同转子间距、不同转子角度等条件下的水动力性能。

实验测试方面，在实验水池中搭建实际多转子垂直轴潮流能水轮机模型，通过测量其发电功率、转矩、转速等参数，验证数值模拟结果的准确性。

四、水动力特性分析1. 流速对水动力特性的影响：随着流速的增加，多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力性能逐渐提高。

在低流速区域，由于水流能量较低，水轮机的能量捕获效率较低；而在高流速区域，水流能量较高，水轮机的能量捕获效率显著提高。

2. 转子间距对水动力特性的影响：适当增大转子间距可以提高多转子水轮机的水动力性能。

过小的转子间距会导致转子之间的水流干扰增大，降低能量捕获效率；而过大的转子间距则会使得水流在转子之间的空间中损失部分能量。

因此，存在一个最优的转子间距使得水轮机的水动力性能达到最佳。

3. 转子角度对水动力特性的影响：转子角度对多转子垂直轴潮流能水轮机的水动力性能具有重要影响。

在一定的流速范围内，适当调整转子角度可以提高水轮机的能量捕获效率。

1世界潮流能发展状况简介近年，全世界对电力的需求不断增加。

2008年，世界电力需求16819TWh ，据估算，到2035年，世界电力需求将达到32922TWh ，因此全球能源紧张的局面不容乐观。

目前，使用清洁、可再生能源已经成为全球共识，在全球新增电力供给中，可再生能源几乎占据了半壁江山。

另一方面，随着全球工业化进程不断加快，陆地资源已经开发殆尽，工业化开始向海洋寻找出路，海洋工业文明时代正在来临。

世界和平组织在其“能源革命”研究报告2011中，预测海洋能在未来10年可以达到年均70%的增长率。

海洋能具有可预测性好、靠近负荷中心、环境友好、发电成本低于海上风电等特点，具备较大开发价值。

以潮流能为例，世界潮流能可开发量在80,000MW 以上，中国则是世界上潮流能资源丰富的地区之一，潮流能储量达到13948.5MW,见下表。

海洋能资源储量[1]能源储量（TWh/年）温差能44000波浪能29500潮汐能7800盐差能1650世界海洋能总储量82950世界海洋能商业化开发还处于起步阶段，目前已经安装的联网型海洋能以潮汐坝为主，其他海洋能转换设备尙处于研发或者样机阶段，市场正在逐渐兴起。

欧洲、美国、加拿大都发布了海洋能发展路线图，以整合资源，推动海洋能产业发展，其中，以英国为代表的欧洲走在了这个领域的世界前列[2-3]。

1.1欧洲欧洲正在积极推动海洋能发展，根据各国对海洋能发展规划的不完全统计，2020年，仅欧洲主要国家的海洋能装机容量就将达到4000MW 以上，潮流能占主要份额。

英国是欧洲海洋能发展最好的地区，出台了多项政策和专项基金鼓励海洋能发展。

根据英国能源研究中心出台的海洋能发展路线图，英国海洋能发展可以分为4个阶段，在2020年左右，海洋能将进入大规模建设期，2050年安装容量将达到10GW 。

1.2美国2010年以来，美国出台了多项政策鼓励海洋能开发，并成立专门基金，预计在未来3年内投入3700万美元进行项目资助。