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.     

悬浮轮辋式潮流能发电装置的导流罩水动力学性能仿真研究

中国潮流能储备量巨大但大部分地区流速较低,针对这一问题设计一款安装方便、自动对向的小型悬浮轮辋式潮流能水轮机.运用数值模拟方法,对不同前缘形状、尾部张角和长度比例的导流罩水动力学性能进行研究,分析悬浮轮辋式水轮机的诱导因子,得到1.5 m/s流速下的导流罩诱导因子达-0.8902,且ai+ad<0.通过比较,斜面前缘、...     

海工构筑物海洋能集成利用技术探讨

将海工构筑物作为海洋能获能装置的安装载体可大幅降低海洋能发电的成本,同时,海工构筑物等海上设施客观上存在利用海洋能实现能量供应的需求,因此海洋能发电装置与海工构筑物相互结合具有良好的综合效益,将是未来海洋能利用的一个发展方向。针对波浪能和潮流能两种海洋能发电方式,分别对柔性叶片潮流能水轮机与进海路集成利用技术;垂直轴和水平轴潮流能水轮机以及振荡浮子式波能装置与导管架石油平台集成利用技术;OWC波能装置与沉箱防波堤集成利用技术进行了探讨,并提出海工构筑物海洋能集成利用技术中需要解决的几点问题。     

一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究

为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980 W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800 W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右,有着良好的低速启动性能。     

我国潮流能、波浪能研究与试验和示范工程现状分析

我国海洋可再生能源正处于快速发展时期,自2010年国家设立海洋可再生能源专项资金以来,一大批的示范工程、研究与试验项目得到大力的支持与推广,形成了一批拥有自主知识产权的技术与装备。但是作为一个全新的能源领域,在项目实施过程中难免遇到一些问题,文章对2010—2011年立项的海洋能专项项目情况进行调研分析,对研究与试验项目和示范工程进行分类总结与概括,阐述当前海洋能专项项目在实施过程中的问题和不足,并对将来海洋可再生能源专项项目的发展提出一些建议。     

一种卧式浪流发电装置研究与试验

主要介绍一种新型的卧式浪流发电装置的基本原理,从理论计算、模拟分析及海上试验的角度探讨不同流速下的转矩与功率、总能量及能量转换效率等重要参数。理论计算时,借鉴垂直轴水轮机的相关公式,同时考虑部分波浪的作用。模拟分析时,根据雷诺方程,选择湍流模型及控制方程,模拟不同流速下的发电性能参数。海上试验时,采用机构与漂浮潜体固定联接方式,通过船舶运送布放,连接启动,对其工作状态进行实时监测和测试,获取实际数据和资料。结果表明,该轮机在0.23 m/s的低流速下即可起动,不需要换向,主轴传递扭矩与功率呈现先增加后降低的趋势,并在1.5 m/s时扭矩与功率最大,效率值可达到35.65%,单机容量最大可达到459W。     

轮缘驱动型潮流能发电系统启动特性研究与分析

轮缘驱动型潮流能发电系统将导流罩、叶轮和发电机集成为一体化设计,叶轮直接驱动发电机旋转发电。最小启动流速是衡量系统性能的一个重要指标,决定其启动性能的主要因素为叶轮启动力矩、系统摩擦力矩和发电机齿槽转矩。对影响系统启动性能的主要因素进行了分析,详细分析了叶轮启动转矩和发电机齿槽转矩特性。使用理论分析结合有限元仿真方法分析了轮缘驱动型潮流能发电样机系统的启动特性,并通过样机实验验证了理论分析的正确性。本文的分析结论可以为轮缘驱动型潮流能发电系统的设计和分析提供一定理论指导。     

波浪对潮流能水轮机性能测试影响的实验研究

随着潮流能开发利用技术日趋成熟,对其测试工作也提出了更高的要求。然而,在潮流能装置性能测试中,波流相互作用的影响往往被忽略,导致测试结果不准确。为了研究波流相互作用对测试的影响方式与程度,采用物理模型试验的方法,对垂直轴潮流能发电装置模型进行了试验研究。通过分析波流作用下装置的扭矩、转速及发电功率,发现波流与发电装置耦合作用明显,相比不存在波浪影响的情况下,叶轮的转动、主轴的扭矩都变得不规则,启动流速变小,同时,扭矩、转速及发电功率的瞬时值显著增大。测试结果表明,波流相互作用对装置性能测试影响显著,平均影响程度约10%,研究结果为今后潮流能发电装置性能测试标准的制定和完善提供了参考和依据。     

新型水平轴定桨距永磁直驱潮流能发电系统设计及应用

双向潮流适应性和运行可靠性是水平轴潮流能发电系统需要解决的两个关键问题。文中研究的新型潮流能发电系统由自适应双向流水平轴定桨距潮流能透平、直驱永磁发电机、功率变换器、蓄电池储能系统以及卸荷负载组成。根据我国潮流能特点和直驱永磁发电系统的运行特性,采用翼型尾翼完成透平的双向潮流对流功能。针对离网型潮流能发电系统的功率控制,设计了基于三相不可控整流桥和双管BUCK-BOOST变换器的功率变换电路。基于Matlab/Simulink软件对20 k W潮流能发电系统各部分进行了建模与仿真分析。在实海况环境进行了现场试验。研究表明,设计的离网型水平轴潮流能发电系统能够有效地利用双向潮流能,而且在结构设计方面所采取的措施提高了系统的可靠性。     

漂浮摆—斜坡组合式波浪能发电装置研究

目前全球对能源的需求急速增长,其中对可再生能源的需求也越来越大。中国将成为全球能源消费第一大国,研发高效的可再生能源装备已刻不容缓。我国有大量可开发的海洋波浪能,其中舟山附近海域的波浪能相当丰富。文中研发了适合舟山海域波浪条件的波浪能发电装置。具体研究内容包括以下几个方面:(1)从流体力学理论出发,采用斜坡将水平速度转化为垂向速度,设计了近岸固定式可适应潮位变化的波浪能发电装置。(2)进行了多种结构漂浮摆-斜坡组合的模型试验,找到了最佳结构方案,验证了漂浮摆原理的可行性。利用提升重物的方法获得了模型装置的一级波浪能捕获效率,成功通过液压装置将波浪能转化为电能。(3)建立了基于非稳态RANS的CFD仿真模型,分析漂浮摆式波浪能捕获模块的水动力性能。研究在不同载荷情况下漂浮摆装置的能量输出情况,得到了装置在特定工况下的漂浮摆受力情况,为能量转化系统设计和装置设计制造提供参考。     

一种新型的海上浪风光综合发电船

提出了一种新型综合发电船,其主要由驳船、波浪能转换装置、风能转换装置、太阳能转换装置和其余发电相关设施五个部分组成;本装置基于驳船这一可移动载体,能够根据实时能源情况更改工作场地,是一个可移动的分布式能源供应系统,它能够综合利用选定区域内的波浪能、风能和太阳能进行发电,解决现有海上能源发电系统存在的发电效率低、稳定性差和单元发电成本高等问题。文中详细阐述了该发电装置的结构和工作原理,并从设计、运用等方面浅析了该发电装置的优点。这种综合发电船具有较大的推广性和实用性。     

潮汐机组双向发电性能数值模拟研究

为了提高潮汐机组双向发电的综合性能,研究了采用单侧、双侧导叶两种形式对贯流式潮汐机组水力性能的影响。基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用SIMPLIC算法,分别对采用单侧导叶、双侧导叶方案的水轮机全流道进行了三维定常数值模拟,分析了正向、反向发电时水轮机的内部流动状况。对不同导叶开度下水轮机的水头、流量和力矩等参数进行计算。结果表明,采用双侧导叶时,虽然正向发电效率有所降低,但反向发电的效率大大提高。     

新型无尾翼水下滑翔器升阻比性能的研究

采用标准k-ε两方程涡粘性模型,压力的隐式算子分割算法(PISO)求解时均Reynolds方程(RANS),对三种新型无尾翼水下滑翔器的升阻比性能进行研究。先对滑翔器摩擦阻力的CFD模拟结果与理论计算结果进行对比分析,验证CFD模拟结果的合理性与可靠性;再对不同迎流速度、不同速度攻角下的试验工况进行数值模拟,分析不同试验工况下滑翔器的粘压阻力与升力,得到不同试验工况下滑翔器的升阻比性能。研究结果表明,新型无尾翼水下滑翔器在5°~15°攻角区间内具有良好的升阻比,小攻角下圆碟型和飞碟型滑翔器的升阻比性能优于椭圆型滑翔器,而大攻角下椭圆型滑翔器相对其它两种具有更佳的升阻比性能,为新型无尾翼水下滑翔器升阻比性能的研究提供一定的思路。     

双螺旋转子式波浪能发电装置数值仿真分析

将波浪能转化为电能是海洋能研究的一个热点,设计了一种利用波浪上下运动带动螺旋转子转动的双螺旋转子式波浪能发电装置。利用Fluent对双螺旋转子叶片数量、叶片长度、螺旋转子与圆管间隙之间的距离进行压力及速度分布特性的数值仿真分析,计算出双螺旋转子在不同情况下的力矩,其结果表明:对于某固定的双螺旋转子,叶片数量、叶片长度、轮缘间隙存在最佳值使转轮转矩达到最大,为下一步定量优化装置提供了理论依据。     

新型鱼雷发射系统前盖柔性开闭仿真设计

针对传统鱼雷发射系统前盖开启、关闭瞬时撞击噪声大的问题,设计了基于高速开关阀的改进型前盖开闭装置速度控制液压回路,通过AMESim和Simulink软件建立了液压回路的计算机仿真模型,并对其进行联合仿真。由仿真结果可以看出：与传统前盖开闭装置相比,改进型装置能够有效降低前盖开闭瞬间的速度,从而降低撞击噪声。     

Hydroelastic Investigation on A Pile Breakwater Integrated with A Flexible Tail for Long-Wave Attenuation

A novel concept of wave attenuator is proposed for the defense of long waves, through integrating a flexible tail to the lee-side surface of a pile breakwater. The flexible tail works as a floating blanket made up of hinged blocks, whose scale and stiffness can be easily adjusted. A two-phase-flow numerical model is established based on the open-source computational fluid dynamics (CFD) code OpenFOAM to investigate its wave attenuation performance. Incompressible Navier—Stokes equations are solved in the fluid domain, where an additional computational solid mechanics (CSM) solver is embedded to describe the elastic deformation of the floating tail. The coupling of fluid dynamics and structural mechanics is solved in a full manner to allow assess of wave variation along the deforming body. The accuracy of the numerical model is validated through comparison with experimental data. Effects of the flexible tail on performance of the pile breakwater are investigated systematically. Dynamic behaviours of the tail are examined, and characteristics of its natural frequency are identified. For safety reasons, the wave loads impacting on the main body of the pile breakwater and the stress distribution over the tail are specially examined. It is found that both the length and stiffness of the tail can affect the wave-attenuation performance of the breakwater. A proper choice of the length and stiffness of the tail can greatly improve the long-wave defending capability of the pile breakwater. The maximum stress over the flexible tail can be restrained through optimising the deformation and stiffness of the tail.

     

一种新型半潜式深海风电安装平台总布置设计

为了满足海上风力开发的深海化、专业化、大型化的需求,解决因海上气候恶劣、有效工作时间短而导致的工作效率低的问题,吸取常规风车安装船和半潜式平台的优点,基于漂浮式基础风车设备,设计一种新型半潜式风车安装平台。充分考虑运输安装一体化的作业形式和经济性、安全性的要求对安装平台总布置、吃水、抗横倾系统、推进装置、主尺度等进行设计并提出风机运输吊装方案。总体布置方案初步满足设计思想,可实现多台风机组整体运输安装,可独立完成海上风电机组的运输、吊装和维护等工作任务,能适合深海漂浮式基础风机海上风电场建设需要。     

柔性尾鳍推进装置的机构综合与优化设计

根据柔性尾鳍推进装置所需达到的性能特性要求，本文对该装置进行了机构综合与优化设计，以改善其水动力性能，提高其推进效率。     

月牙肋抑振装置对柔性立管涡激振动抑振作用的试验研究

海洋立管的涡激振动会对立管结构的疲劳寿命产生严重的影响。提出1种月牙肋抑振装置,通过在室内水槽中进行物理模型试验,研究该装置在涡激振动情况下对立管的抑振作用。测得该装置在立管表面不同布置方式时顺流向及横流向振动的应变时程曲线,使用DASP软件对所测数据进行分析处理,得到立管的振动幅值和功率谱。试验结果表明:这种月牙肋抑振装置可明显降低立管模型的振动幅值,且对振动频率有一定的影响,同时也表明不同的布置方式对立管的抑振效果也不相同。