潮流能驅(qū)動(dòng)的柔性葉片水輪機(jī)水動(dòng)力性能試驗(yàn)研究.pdf

1、目前用于獲取海洋潮流能的潮流水輪機(jī)均采用剛性葉片，對(duì)工作流速要求高，噪音大，空蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，且鋒利的邊緣容易對(duì)魚類等海洋生物造成傷害，這些都是造成目前潮流能開發(fā)力度不夠的重要因素。柔性葉片水輪機(jī)作為一種新型換能裝置，其葉片由柔性材料制成，起轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)速低，空蝕現(xiàn)象不明顯，具有很多剛性葉片所不具有的特點(diǎn)。更具工程開發(fā)意義的特點(diǎn)是，柔性葉片水輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向只與葉片的安裝方式有關(guān)，而不受水流流向控制，因此可廣泛應(yīng)用于流向多變的工況下。

2、在流體作用下，柔性葉片不斷發(fā)生形位變換，自適應(yīng)流體呈現(xiàn)翼形結(jié)構(gòu)，承受阻力的同時(shí)可充分利用流體的升力效應(yīng)做功，阻力效應(yīng)和升力效應(yīng)是彼消此長(zhǎng)相互更替的關(guān)系，在相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中共同充當(dāng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，高效提取流體能。 本文首先以四葉片帆翼式水輪機(jī)轉(zhuǎn)子為例，介紹了柔性葉片水輪機(jī)的工作原理。分析了葉片的運(yùn)動(dòng)和受力，建立了評(píng)價(jià)柔性葉片水輪機(jī)水動(dòng)力性能的數(shù)學(xué)模型，探討了方程中對(duì)柔性葉片水輪機(jī)性能的眾多影響因素，提出了目前國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在流體和

3、柔性體雙向耦合理論研究中普遍遇到的問(wèn)題，從而將解決問(wèn)題的方法轉(zhuǎn)向以風(fēng)浪流水槽試驗(yàn)為基礎(chǔ)的試驗(yàn)分析法。 在無(wú)量綱分析理論的指導(dǎo)下，作者找到與葉片形狀和水輪機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的一系列無(wú)量綱參數(shù)，這些參數(shù)的大小直接影響了柔性葉片水輪機(jī)的獲能能力。對(duì)應(yīng)這些參數(shù)的變化，設(shè)計(jì)了多個(gè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)子模型，提出了合理的試驗(yàn)方案，解決了試驗(yàn)過(guò)程中的諸多難題，并對(duì)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，找到了這些參數(shù)對(duì)柔性葉片水輪機(jī)水動(dòng)力性能的影響規(guī)律。論證了柔性葉片水輪機(jī)

4、的水動(dòng)力特性，針對(duì)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)和水輪機(jī)安裝方式提出了優(yōu)化方案。 隨后，作者討論了SkW柔性葉片水輪機(jī)海試樣機(jī)的多種結(jié)構(gòu)方案，并確定采用雙浮體升降式結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)SkW柔性葉片水輪機(jī)海試樣機(jī)。針對(duì)海洋特殊環(huán)境和載荷，選用了柔性葉片材料并對(duì)葉片和水輪機(jī)轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核和優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)載體進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了樣機(jī)電控檢測(cè)系統(tǒng)。 最后，基于海試數(shù)據(jù)，分析了導(dǎo)流罩的聚流效果。針對(duì)柔性葉片水輪機(jī)可控工作狀態(tài)參數(shù)尖速比