双横轴潮流能水轮机尾流分布研究

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基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究双横轴潮流能水轮机的尾流分布特性。研究其尾流特性还对水轮机组成的水轮机场的布置排列工作具有指导意义。本文总结了至今为止的国内外有关于单水轮机、双水轮机及多水轮机尾流的主要研究成果。建立了完整的研究双水轮机尾流分布的CFD数值模拟方法,包括了从几何模型建立到计算网格划分和数值计算设置的整个过程。验证横轴潮流能水轮机出流速度半经验公式对双横轴潮流能水轮机的适用性。根据单水轮机尾流横向速度分布公式,提出了适用于双水轮机尾流发展区(两谷值)和尾流发展区(四谷值)的速度预测公式,并对不同出流平面的最小速度变化公式进行了修正。将双横轴潮流能水轮机尾流CFD结果与单横轴潮流能水轮机CFD数值模拟和前人实验结果进行对比。对比双横轴潮流能水轮机尾流和单横轴潮流能水轮机尾流,仍可观察到单个叶片后方出现双低谷值的现象,随着尾流发展逐渐变成一个低谷值,两个尾流会随着发展在某一点交汇,该交汇会导致中间区域尾流加速,融合后的尾流会整体进行衰减,由于尾流计算域的长度设置有限,在30D的范围内都没有观察到融合后的尾流进入完成区的现象出现。研究双横轴潮流能水轮机尾流速度的轴向、径向和切向三个速度分量在出流平面上的分布情况及其随着尾流的变化情况。参考螺旋桨的不同旋向设置,讨论了四种不同旋转方向的双横轴潮流能水轮机的尾流分布情况,不同旋向对出流平面的最小速度影响并不明显,但会对叶片后方的涡团出现位置有直接影响;研究不同叶片间距下两个水轮机尾流相交点出现的位置,发现仅在较小叶片间距下出现相交现象;应用CFD数值模拟方法研究了四种翼型对尾流出流速度的影响;尖速比对尾流流出速度的影响;研究湍流强度的分布,讨论总湍流强度,轴向、切向和径向分量的分布特性以及尖速比对湍流强度的影响。
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