垂直轴潮流水轮机的水力性能的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 流体机械 学术会议论文 垂直轴潮流水轮机的水力性能研究 。 ，’ 。 史威，罗先武，刘树红，许洪元 清华大学热能工程系北京100084 Tel：OlO E·mail：shiw04@mails．tsinghua．edu．crl 摘要本文基于理论分析和数值模拟对垂直轴潮流水轮机进行研究．在保持叶尖速比一定、改变来流 速度的条件下，深入分析了两种叶片安装母线形状的潮流水轮机内部流场及水力性能。计算结果表明， 当采用同一叶片翼型(NACA0018)、在相同的运行工况下，同等尺寸的螺旋形叶片潮流水轮机的输出功 率要大于直线形叶片潮流水轮机的输出功率，而且在运行稳定性方面，前者比后者更佳．研究也揭示 了垂直轴潮流水轮机及其周围1竽在复杂的大规模漩涡运动，其流动特性与来流速度、叶片布置形式有 重要联系．该研究对新型潮流水轮机的设计和应用有重要参考价值。 关键词潮流水轮机；水力性能 1引言 潮流发电技术属了：一种新的能源开发技术。由于发展的历史很短，在基础研究和产 业应用等方面都存在技术简单、经验严重不足等问题。尤其在能量转换装置的研究上在 国际上尚未有成熟的技术，需要开展大量的研究。现在。通常将水平轴风力发电机作为 海流发电机，将垂直轴风力发电机【ll作为海潮发电机使用，转轮叶片翼型直接选用机翼 12】。因此，在潮流发电机中，不仅将遇到风力发电技术中存在的问题如风弹振动、机器 在低流速下难以启动、效率低等，而且还会面临一系列新的问题。 ·。 目前，潮流发电技术中存在一大关键问题是水轮机的效率低。主要是因为潮流发电 用水轮机(本研究中称为潮流水轮机)不同于常规水轮机，其作用流体的流速低，使得 转轮内流动的雷诺数处于层流和紊流转捩阶段的过渡区，而且由于不易设置类似普通水 轮机的涡壳等静止过流部件，流动的可控性较差，运行稳定性也成为重要的技术难题。 由丁．在全世界范同内，缺乏潮流发电|}lj水轮机的设计经验，如何提高水轮机的效率是合 理、有效利用海洋能源的最重要研究课题之一。 本文针对潮流发电技术中存在的问题，拟通过采用适合低速流动的断面翼型、改变 转轮叶片的结构殴计，并结合理论分析和数值模拟，研究提高垂直轴潮流水轮机水力特 性和运行可靠性的方法。 179 (a)直线型叶片 (b)螺旋型叶片 图l两种潮流水轮机的叶片布置图 一j 、 2两种潮流水轮机的物理模型 表l潮流水轮机转轮的基本参数 叶片安装母线形状 直线型叶片 螺旋形叶片 水轮机外径Dl(m) 2．O 2．O 水轮机轮毂直径oh(m) O．3 O．3 叶片离度b(m) 2．O 2．0 叶片包角Q(．。) 0 90