竖轴双转子半潜式潮流能发电装置设计及性能分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenjun7575
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潮流能作为一种海洋可再生能源,因为其具有清洁性、分布广、可预测性强的优点,近年来成为国内外广泛研究的热点。为了提高整体潮流能开发能力,以及推进商业化发展,大型潮流能开发是未来发展的趋势。然而就目前的研究现状而言,基本都是以小型化利用为主,而对大型潮流能利用研究甚少。本文基于目前的研究成果,提出一种竖轴双转子半潜式潮流能发电装置的总体设计,可以实现潮流能的大型化利用。采用了计算流体力学CFD和三维势流理论相结合的方法,分析装置在复杂海洋环境载荷下的时域耦合运动响应。本文可为大型漂浮式潮流能装置的开发设计提供理论和方法支持。本文首先确定设计要求、设计海况及参考规范,根据经验公式确定满足600kW功率的水轮机主尺度,并采用新型悬臂式水轮机。接下来,根据水轮机主尺度选择合适的半潜式载体形式及主尺度,并确定合适的系泊系统形式和布置方式。然后,基于计算流体力学CFD方法,研究振荡运动下水轮机的载荷大小。通过ICEM建立水轮机模型,使用CFX软件进行计算。分别模拟了单转子、双转子水轮机均匀流运动及单转子、双转子水轮机振荡运动下的受力对比分析及流场分析。特别是在振荡运动下的水轮机载荷,就不同的振荡频率、振荡幅值及速比进行了对比研究,得出的结果可直接用于装置的时域耦合计算。最后,基于三维势流理论,研究装置系统的水动力性能。通过三维频域势流理论对装置进行频域分析,求解载体的运动响应RAO、附加质量和辐射阻尼;根据具体的环境参数分别计算风、流载荷;将水轮机CFD计算结果进行拟合,求解水轮机的水动力系数;对AQWA软件进行二次开发,将水轮机的附加质量、辐射阻尼以及实时变化的激励力加载到模型上,进行时域耦合计算,在四种典型工况下,其计算结果均表明该装置具有良好的性能,安全可靠。
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