漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置的波轮机的研究

论文摘要

随着世界各国的经济和社会发展,全球对于能源的需求量日益地提高,然而结构体系以化石能源为主的世界能源面临着资源枯竭和环境污染的问题,可再生能源的发展迫在眉睫。波浪能,具有着能量密度高、分布广泛而且储量丰富的特点,是一种极具应用潜力的能源。通过对海洋的研究发现,海洋具有表面波浪起伏汹涌而在海平面以下二十多米的深处以及更深处的海水则是相对平静的特点,在本篇论文中将海洋表面波浪区与深处稳定区之间存在的能量差值称为海洋波浪的差动能量。在本篇论文中研究的漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置正是要利用海洋波浪的差动能量在垂直方向上的分量来进行发电。该发电装置凭借波轮机内部的上下定子导流叶片和转子叶片的配合作用,让转子在上下往复流经波轮机内部的水流运动作用下能够保持单向旋转运动。本篇论文中研究的内容主要包括以下几个方面:(1)根据线性波浪理论,对漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置的漂浮平台部分的受力、对波轮机的受力、对波轮机转子叶片在水流作用下所受到的力矩、对转子的转速以及对波轮机的转换效率和装置的整体转换效率进行理论分析。(2)使用3D打印制作小尺寸的波轮机样机来进行风洞试验测试波轮机转子的飞逸转速,按照该风洞测试仪和波轮机样机的尺寸建立相应的流体场网格并进行流体仿真计算波轮机转子的飞逸转速,将两者进行对比以验证流体仿真计算的准确性。(3)利用正交试验设计的方法与流体仿真计算结合,对波轮机中的三种参数上下定子导流叶片的数量、转子叶片的数量和收缩比对波轮机转子的最高转速、转子最高功率、轴向受力、出入口端截面压强差值等的影响作用进行分析,以期得到对于波轮机性能优化的方向。(4)分析目前的漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置存在的一些缺点,并且参考某些后掠式风力发电机的叶片设计方案、脉冲轮机的叶片优化设计方案以及其他波浪能发电装置的设计方案等,然后对发电装置进行改进设计,接下来绘制三维模型并利用3D打印技术制造波轮机样机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 波浪能技术研究现状
•   1.3 漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置及其工作原理
•   1.4 论文主要研究内容
• 2 发电装置的水动力学性能分析
•   2.1 波浪理论
•   2.2 装置的理论分析
•     2.2.1 漂浮平台受力分析
•     2.2.2 波轮机转子叶片受力
•     2.2.3 波轮机转子转速、功率和转换效率的计算
•   2.3 本章小结
• 3 基于Fluent对波轮机飞逸转速的仿真和风洞实验的对比
•   3.1 3D打印的样机及风洞实验
•   3.2 Fluent流体仿真
•   3.3 本章小结
• 4 发电装置中波轮机的分析
•   4.1 正交试验设计介绍
•   4.2 正交试验设计运用
•     4.2.1 波轮机转子力矩与转子转速的关系
•     4.2.2 波轮机转子功率与转子转速的关系
•     4.2.3 波轮机轴向受力与转子转速的关系
•     4.2.4 流经波轮机的海水流量与转子转速的关系
•     4.2.5 波轮机出入口端截面压强差值与转子转速的关系
•   4.3 本章小结
• 5 漂浮式海洋波浪垂直差动能发电装置的改进设计
•   5.1 改进设计的波轮机结构
•   5.2 改进设计的漂浮平台结构
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 梁灿棉

导师: 郑贵林

关键词: 漂浮式,波浪垂直差动能,流体仿真,正交试验设计

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 武汉大学

分类号: P743.2;TM612

总页数: 61

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