斋堂岛水域潮流能发电站规划及对附近水域影响

青岛的斋堂岛水域,是我国北方较为典型的潮流能资源区,比较适合进行潮流能的规模化开发。基于Delft 3D-Flow建立斋堂岛及其附近水域的三维水力学模型,并通过实测数据进行校正和验证。在此基础上,考察TSE因子分布和实际水深对电站进行选址和规划,并采用动量损失的方法对电站中的水平轴潮流能水轮机进行模拟,进而对其可能带来的影响进行评估。仿真结果显示:潮流能发电站对区域水位影响较小,最大水位改变不超过3 cm;对区域流速影响较大,在电站附近局部流速下降能够达到50 cm/s,影响范围能达到电站尾流处2.5 km以外。     

基于漂浮平台的潮流能水轮机阵列优化

为开展基于漂浮式电子信息平台的潮流能提取装置（水轮机）的布置方式优化研究,本文建立潮流与水轮机阵列及漂浮电子信息平台立柱相互作用的三维计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型,考虑漂浮平台水轮机组阵列并列和错列两种布置方案,分析立柱扰流对水轮机阵列流速的干扰和水轮机间尾流的相互影响,为后续的潮流能发电装置在海洋装备上的一体化设计提供数据支撑。对比分析结果表明：在设计流速0.8 m/s下,当来流角度达20°时,并列布置的平均功率系数下降35.97%,最小功率系数为0.023;而错列布置平均功率系数下降24.70%,最小功率系数为0.071。同时,结合水轮机组的设计流速下叶轮横截面流场速度分布图和水轮机尾流场水平面流速分布情况,水轮机阵列采用错列布置比并列布置布局方式更优,尾流效应影响更小,潮流能利用效率更高。     

潮流能水轮机尾流场及涡特性DDES模拟

为研究潮流能水轮机尾流场流动特性及涡结构组成,基于DDES(Delayed Detached Eddy Simulation)模型对不同流速和转速的4种工况下水轮机尾流场进行数值模拟,并进一步探究其尾流场空间涡结构的变化特性。结果表明,水轮机的数值模拟结果与试验结果能够较好吻合。对比不同工况下的尾流场模拟结果可知:水轮机尾流区域流动复杂,延迟分离涡模拟方法能有效模拟水轮机旋转过程中产生的叶尖涡、叶尖脱落涡、轮毂涡等不同涡结构,并能完整观察到叶尖涡的产生、脱落、失稳、破碎过程。转速一定时,流速越大,叶尖脱落涡、轮毂涡的发展距离越远;流速一定时,转速越大,涡的发展距离越短。本文数值模拟计算结果可为实际海况中潮流能阵列水轮机的布局提供可靠依据。     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

厦门湾海域及金门水道潮流能特征分析

采用无结构三角形网格海洋数值模式FVCOM,建立厦门湾及其邻近海域三维潮汐潮流数值模型。通过模型计算结 果统计其潮流能要素特征表明：大小潮期间平均流速较大区域主要发生在金门水道、金门北东水道、厦门东侧水道、九龙江 口至青屿水道以及安海湾口门附近海域;该海域最大可能流速最大值可达到2.2 m/s,发生在金门北东水道,金门水道次之; 金门水道一年内垂向平均流速超过1 m/s的时间占28.3 %;金门水道潮流能蕴藏量为2 917 kW。     

电动变桨式潮流能水轮机获能分析与应用

我国具有丰富的潮流能资源,但是存在潮流流速偏低、难以高效利用等问题。潮流能水轮机变桨距技术的利用,可有效提高潮流能资源利用效率。以提高潮流能水轮机高效获能为目标,分析了水轮机叶片桨距角对潮流能水轮机获能的影响规律,研究了水轮机变桨距技术原理及控制策略。在20 k W潮流能水轮机中运用了电动变桨距技术,根据潮流流速的不同,使用最大功率点追踪控制算法控制桨距角,并对机组运行过程进行实时测试。机组运行数据表明,与非变桨水轮机相比,变桨式潮流能水轮机可有效提高其获能效率。     

湍流对潮流能发电水轮机性能影响数值仿真研究

潮流能发电水轮机的实际工作海域往往存在不同程度的湍流,而湍流会对潮流能发电水轮机的获能系数、轴向力系数和尾流场性能等产生影响。研究湍流对潮流能发电水轮机性能的影响规律,对于实海况下潮流能发电水轮机的性能预测、可靠性和安全性的提高以及潮流能发电场多机组排布优化等具有一定的参考价值。通过对潮流能发电水轮机试验模型进行建模,并用CFD(Computational Fluid Dynamics)分析软件Fluent对处于不同湍流强度下的潮流能发电水轮机性能进行数值模拟,得到其获能系数、轴向力系数及尾流场特性。通过分析数值模拟结果,并与相关参考文献的试验结果进行对比。研究结果表明:湍流强度越大,水轮机获能系数和轴向力系数越小,尾流场速度恢复越快;水轮机后方尾流场纵向和横向影响区域更大。     

黄河口附近海域潮流特征分析

黄河口作为我国重要的河口区域,研究其潮流特征对河口海域工程建设及环境保护具有重要意义。本文利用黄河口大潮期6个站位25 h连续潮流观测结果,采用准调和分析及数据统计方法,研究了该区域观测期间的潮流特征：观测期间,各站流速流向差异性较大,平均涨潮流历时大于平均落潮流历时。调和分析结果可知,半日潮流为该区的潮流性质,并且多数的站为往复流,该区所受浅水分潮流的影响较低。0～3 cm/s为各观测站的主要余流流速区间,S—SSW向为余流主向;各站位的流速在垂向上基本呈现出逐渐减小的态势。     

水平轴潮流能水轮机水动力数值模拟研究

针对水平轴潮流能水轮机,对其进行了力学分析并运用CFD方法对其水动力性能进行了仿真计算。比较了定常计算与非定常计算结果的区别,运用定常计算(MRF)方法得到了表现水轮机性能的功率、扭矩和推力特性曲线,分析了水轮机在不同尖速比时的表现。对水轮机模型进行了拖曳水池试验,并与仿真数据进行了比对分析,两者吻合度较好,并分析了试验过程中出现的在尖速比较大时功率系数衰减的现象,表明CFD方法对水轮机的工程实践有着指导意义。得到了尾流场的速度云图、流线分布图与衰减曲线,结果表明相对于水轮机的直径,受到其影响后的流场存在扩张现象。分析了水轮机后不同位置处的流场衰减情况,结果显示,随着水轮机后轴向距离的不同其速度恢复差别很大,对于今后潮流能水轮机的大规模布置方式研究提供了依据。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

大连湾及附近海域潮流场数值模拟

用ＡＤＩ法模拟计算了大连湾及附近海域Ｍ２分潮潮流场，在处理平流项时采用迎风格式，在每一时间步长，产生一个只包含水位的三对角方程组，并用Ｔｈｏｍａｓ算法求解，可节省大量计算机内存和计算时间，将模拟结果与交配实测资料比较，二进者吻合较好，并根据计算结果分析了大连湾及附近海域的潮流特征，潮流的主要运动形式为往复流，开阔海域最大流速约５０ｃｍ／ｓ，各湾自湾口至湾顶流速呈递减趋势，湾顶附近流速均在５ｃｍ／ｓ     

舟山绿色石化三维潮流特性数值研究

本文基于MIKE3平台建立宁波、舟山及其附近海域三维水动力模型,通过与实测数据进行潮流验证的基础上,对比了三维模型与二维模型的区别,并主要对舟山绿色石化三期围垦工程实施前后周边潮流场的变化影响进行了预测分析。结果表明:（1）同样的初始条件下,二维模型和三维模型的潮位和潮流验证结果都是良好的,而在某些情况下二维数值结果更接近于实测值;（2）三维垂向上的流速分布呈现出随水深增加而减小的趋势,总体上潮流拟合效果较好,其中0.6H水深以下的流速相对误差结果在10%～15%之间,考虑模型可能受未考虑风场和波浪影响的缘故,局部测站表层计算流速较实测值稍大;而垂向上的流向分布近乎一致;（3）围垦工程前后并未对工程周边潮流场有明显影响,仅在大鱼山岛东北侧、东南侧和西北角受“截弯取直”和小岛屿间水道围堵的影响,有局部潮流形态的改变。整体上看,以顺应岸线方向上的围垦工程布置方案会对局部近岸潮流产生影响,对外海大范围潮流场的影响几乎不计。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

偏航工况下潮流能水轮机性能及尾流场特性分析

潮流能发电机组在工作中,水轮机与潮流流向之间的偏航角对于机组的性能有较大影响。基于ANSYS Fluent软件采用SST k-ω湍流模型和滑移网格旋转模型对不同偏航角下水轮机进行数值模拟,分析偏航工况下水轮机性能及尾流场特性,并进行试验验证。结果表明:随着偏航角的增大,轴向力系数与功率系数降低,尾流场流速变化不对称现象趋于明显,同时造成周围流场湍流强度增大。     

山东省周边海域潮流能资源评估

采用基于三角形可变分辨率网格系统的三维海洋模型,模拟得到2012—2013年山东周边海域的潮汐潮流。对该海域潮流能进行模拟研究,结果表明:通过检验发现SELFE对山东周边海域的潮汐潮流具有较强的模拟能力。平均流速、最大流速、最大可能流速与能流密度分布一致,较大的区域都发生在渤海海峡和成山头海域,年平均能流密度分别达到600 W/m2和500 W/m2;选取了13个能流密度较大的重点断面,对山东省潮流能资源进行评估,山东省潮流能蕴藏量总量为1 202.9 MW,资源较为丰富。其中,渤海海峡诸水道潮流能蕴藏量为914.2MW,占山东省潮流能总资源储量的76%;成山角断面潮流能蕴藏量为190.3 MW,占山东省潮流能总资源储量的16%。综合以上计算结果及环境因素,文章推荐开发潮流能的海域为渤海海峡诸水道(尤其是北隍城北侧水道)和成山角海域。潮流能的开发利用对于解决能源短缺、改善全球生态环境和维持可持续发展具有重要意义,能够为我国维护海洋权益、迈向深蓝提供科学依据。     

潮流能发电装置支撑结构对水轮机水动力学性能影响研究

水平轴潮流能水轮机在工作过程中,由于支撑结构的存在,会使水轮机周围流场中的潮流流向、流速等参数发生不同程度的改变,进而影响水轮机的性能和发电装置的稳定性。为了研究支撑结构对水轮机水动力学性能的影响规律,以某100 k W单立柱座底式潮流能发电装置的支撑结构为研究对象,采用CFD方法,分别在正、反向来流时采用不同支撑结构的共六种工况下,对潮流能水轮机模型的获能和受力进行数值模拟。通过水槽模型试验,验证数值模拟的可靠性。研究结果表明:支撑结构对水轮机的水动力学性能的影响不容忽视,针对所研究的支撑结构,在正向来流时水轮机的获能系数降幅约30%,轴向力系数降幅约28%;反向来流时的降幅更大,分别约为63%和41%。     

潮流发电帆翼式柔性叶片水轮机实验研究

潮流发电水轮机是海洋潮流能发电系统的核心组成部分.帆翼式柔性叶片水轮机是一种全新水流发电装置,叶片由柔性材料制成,在流体力作用下自动调节攻角,能充分利用流体的升力和阻力效应做功.以帆翼式柔性叶片水轮机获能系数为研究目标,采用因次分析法初步分析可能影响获能系数的因素,通过模型实验对叶片弧弦比、叶片边弦比、叶片密度与获能系数的关系进行研究.不同结构形式转子存在不同叶片弧弦比最佳值,叶片边弦比愈大,获能能力愈强;在一定范围内,叶片密度较小时,获能与起转能力强,转速波动性较大,适用于低流速工况;反之获能与起转能力弱,稳定性较好,电能质量较高,适用于高流速工况.最后提出优化方案,实验证实优化后水轮机在获能能力和发电能力上均有所提高.     

潮流能水轮机水动力分析方法

潮流水轮机是潮流能转换装置的核心装备,潮流水轮机水动力性能和载荷则是潮流能转换装置总体设计和结构设计的基本依据。到目前为止,流动分离、流固耦合、空化以及复杂环境条件等强非线性因素对潮流水轮机水动力的影响仍然是一个值得研究的问题。本文基于哈尔滨工程大学在潮流能利用技术领域多年的研究成果,对潮流水轮机在均匀流水动力分析和流固耦合分析的不同数值方法及相关计算结果进行了回顾和对比分析,并提出了一种水轮机波浪载荷的计算模型。     

基于Argo 观测的太平洋温、盐度 分布与变化（1）：温度

采用无结构三角形网格海洋数值模式FVCOM,建立厦门湾及其邻近海域三维潮汐潮流数值模型。通过模型计算结 果统计其潮流能要素特征表明：大小潮期间平均流速较大区域主要发生在金门水道、金门北东水道、厦门东侧水道、九龙江 口至青屿水道以及安海湾口门附近海域;该海域最大可能流速最大值可达到2.2 m/s,发生在金门北东水道,金门水道次之; 金门水道一年内垂向平均流速超过1 m/s的时间占28.3 %;金门水道潮流能蕴藏量为2 917 kW。     

江苏如东西太阳沙及烂沙洋海域潮流泥沙数值模拟

基于不规则三角形网格有限差分法并考虑波浪及其破碎作用,建立了平面二维潮流场和泥沙场数学模型.该模型对有望建设成深水码头和深水航道的江苏如东西太阳沙和烂沙洋海域的潮流场和泥沙场进行了细化数值模拟.数值模拟结果表明：（1）本海区潮流基本上是顺深槽流动的往复流,潮流流速大,烂沙洋北水道和西太阳沙附近大潮涨落潮最大流速分别在2 m/s和1 m/s以上;（2）本海区的潮平均水体含沙量在0.5 kg/m^3以下,落潮含沙量大于涨潮含沙量;（3）小浪对水体含沙量影响很小,大浪作用下水体含沙量明显增加.