串列双T形截面振子流致振动及发电特性试验研究

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fire1977
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随着我国经济的不断增长,国民对于用电需要日益增大,传统的火电不仅不能满足这样的高需求,并且还会我们生活的环境造成污染,所以研究可再生清洁能源已迫在眉睫。本文主要基于涡激振动水生清洁能源系统—VIVACE(Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy),并进行了改进优化研究。本文主要针对串列双T形截面振子进行了流致振动及发电特性试验研究。通过改变串列上下游T形截面振子中心间距比(L/D=315)和外接电阻阻值(8Ω≤RL≤41Ω)来研究间距比和阻尼比分别对上下游T形截面振子流致振动及发电特性的影响,并与单T形截面振子进行了对比分析。所有试验均在天津大学前沿技术研究院水利工程仿真与国家重点实验室的自循环水槽中进行,试验的雷诺数范围为45303≤Re≤116945(0.516m/s≤U≤1.332m/s),在对位移、电压时程进行数据处理的基础上给出了振幅比、频率比、发电功率和发电效率的实验结果。试验主要结论如下:(1)对于上游T形截面振子,间距比对上游T形截面振子影响不是那么的大,对于上游T形截面振子来说,外接电阻的变化对上游T形截面振子的流致振动影响比间距比的影响大。外接电阻RL=8Ω时,各间距的上游T形截面振子振动均表现为涡激振动特性;外接电阻RL=11Ω时,各间距的上游T形截面振子振动均表现为硬驰振特性;在外接电阻RL=13Ω时,间距比L/D=3和L/D=6的上游T形截面振子振动表现出软驰振特性,而间距比L/D=9、L/D=12和L/D=15的上游T形截面振子表现出硬驰振特性;在外接电阻16Ω≤RL≤41Ω时,各间距的上游T形截面振子振动均表现为软驰振特性。总的来说,外接电阻值越大,间距比越大,上游T形截面振子振动越好。(2)对于下游T形截面振子,由于受到上游T形截面振子振动尾流影响较大,间距比对下游T形截面振子流致振动的影响大于外接电阻的影响。总的来说,间距比越大,外接电阻阻值越大,下游T形截面振子越能自激励进入驰振,并且大间距比的下游T形振子更容易受到上游T形截面振子振动的尾流激励发生尾流振动,甚至发生尾流驰振。(3)最优振幅比出现在折合流速Ur=10.375时,间距比L/D=15,外接电阻RL=31Ω时的下游T形截面振子上,振幅比A*=2.34,对应的频率比为f*=0.73。(4)对于上下游T形截面振子,随着外接电阻的变化,发电功率曲线相互交叉,且规律相似。在外接电阻11Ω≤RL≤41Ω范围内,外接电阻阻值不断降低时,发电功率不断增大。(5)在不同间距比条件下,由于上下游T形截面振子振动相互干扰,上游T形截面振子和下游T形截面振子均受到不同程度的抑制。除了外接电阻RL=13Ω时和间距比3≤L/D≤6时,上游T形截面振子的输出功率随着流速的增大而增加,并且振动进入驰振分支,是因为下游T形截面振子的积极影响。在外接电阻8Ω≤RL≤13Ω范围内,下游T形截面振子的发电功率在折合流速Ur≥8.5时开始增大。(6)在试验中,最优发电功率发生在间距比L/D=6,外接电阻RL=11Ω,折合流速Ur=12.25时,最优发电功率Pharn=30.12 W,对应的发电效率ηharn=9.08%。在整个试验中,最高的发电效率为10.04%,发生在间距比L/D=6,外接电阻RL=11Ω,折合流速Ur=12.25,对应的发电功率Pharn=21.02 W。总的来说,上游T形截面振子和下游T形截面振子的发电功率低于单T形截面振子。可以得出的是,串列双T形截面振子(UTP+DTP)的发电功率小于单T形截面振子的2倍,试验中的最优串列双T形截面振子(UTP+DTP)的发电功率(Pharn=30.12 W,L/D=6,RL=11Ω)是单T形截面振子(Pharn=20.12 W)的1.5倍。
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