輪機式浪流發(fā)電裝置的設計與數值模擬研究.pdf

1、隨著全球經濟的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)不可再生的化石燃料也伴隨著工業(yè)的發(fā)展而逐漸消耗殆盡，能源危機日益加劇，而我國能源供應形勢更為緊張；同時伴隨著工業(yè)對化石燃料的消耗所產生的大氣污染和溫室效應已經嚴重影響和制約了人們的生產和生活方式，這已經引起了全世界各個國家的關注和擔憂，因此尋找一種新型可再生清潔能源來替代傳統(tǒng)所依靠的化石能源顯得十分必要。
　　目前全世界范圍內對新能源開發(fā)利用比較成熟并進行商業(yè)化運營的是太陽能、風能、潮汐能和地熱能等。然

2、而海洋能也是一種新型可再生能源，是蘊藏在海洋中的清潔自然能源，其中應用比較廣泛的是海洋波浪能和潮流能等。而這些自然能源則是以巨大的動能、勢能等能量形勢蘊藏在廣闊的海洋中，因此如果有一種形式可以將這些巨大的能量收集起來并加以利用，這必將會有廣闊的發(fā)展前景。
　　本課題基于目前嚴峻的能源形勢以及對海洋可再生能源開發(fā)利用研究的基礎，自行研發(fā)設計了一種以水輪機作為浪流能捕獲裝置的小型、模塊化海洋能發(fā)電裝置。通過前期方案的建立、建模仿真、樣

3、機生產加工、裝置發(fā)電性能的測試以及發(fā)電裝置實驗室水槽試驗和海上現(xiàn)場試驗研究，課題已收獲有益成效。該裝置通過陣列環(huán)布葉片的水輪機，有效捕獲并轉化海洋波浪與潮流能，水輪機主軸直接與發(fā)電機相連，實現(xiàn)單級傳動，克服傳統(tǒng)發(fā)電裝置多級轉換效率低下等問題。整個裝置利用浮筒漂浮海面，錨鏈系泊，數據遠程控制，離岸運行。該課題延伸可與海上風能、太陽能等組成多能互補的供電系統(tǒng)，實現(xiàn)島礁低成本供電、海水淡化和生活污水處理等一體化系統(tǒng)，具有良好的應用前景。

4、>　　論文首先對我國目前嚴峻的能源供應形勢以及對海洋可再生能源開發(fā)利用的必要性進行了綜述，詳細介紹了目前國內外對海洋波浪能與潮流能的開發(fā)利用技術的現(xiàn)狀和進展，并提出了本文所研究的“輪機式浪流發(fā)電裝置的設計與數值模擬研究”課題，并就課題所設計的方案的可行性進行了理論論證工作。
　　其次詳細闡述了輪機式浪流發(fā)電裝置的方案設計過程。包括發(fā)電裝置方案的選擇以及對裝置的一些關鍵零部件選擇，并對裝置的水動力學特性進行了理論分析研究。建立發(fā)電系

5、統(tǒng)的二、三維數學模型，并對后期發(fā)電裝置的數值模擬分析以及試驗研究提供了基礎。
　　關于發(fā)電裝置關鍵零部件有限元分析數值模擬研究，系統(tǒng)的介紹了有限元方法在工程結構受力分析過程中的應用，以及大型通用有限元分析軟件ANSYS的求解分析模塊，針對課題中浪流輪機的關鍵部件主軸進行了有限元數值模擬分析，并就發(fā)電裝置的浮筒結構進行了理論設計與數值模擬研究。
　　論文重點介紹了輪機式浪流發(fā)電裝置的水動力學數值模擬仿真計算，建立了流體力學控制

6、方程組，選擇離散化的數值模擬方法對發(fā)電裝置的輪機葉片做了基于Fluent軟件的流體動力學仿真計算研究。詳細介紹了輪機葉片的建模與離散化的二維網格劃分方法，并通過對輪機施加初始和邊界條件限制，選擇適合輪機仿真計算的湍流模型并進行求解計算。借助于Fluent軟件求解計算模擬方法，對輪機葉片的葉片數、輪機安裝傾角、輪機葉片所受流場中流體力的扭矩與受力作用等進行了水動力學分析，這為課題后期對輪機式浪流發(fā)電裝置的優(yōu)化設計提供了技術支撐與設計依據。

7、
　　輪機式浪流發(fā)電裝置試驗研究與結果分析部分通過對發(fā)電裝置的模型進行一系列的實驗室水槽試驗，分析發(fā)電裝置的發(fā)電性能，并進行二次優(yōu)化設計，達到較為理性的試驗狀態(tài)后對裝置進行了海上現(xiàn)場試驗，研究現(xiàn)場試驗的試驗結果，并比對前期的數值模擬仿真與實驗室水槽試驗，分析和驗證課題方案的合理性。課題無論是在初期實驗方案的確立還是后期的實驗裝置模型數值模擬仿真以及最后的實驗室水槽試驗和海上現(xiàn)場試驗，整個課題過程積累了大量的研究方法理論和基礎，為今