柔性叶片水轮机流体动力特性数值模拟研究.doc

工程热物理专业毕业论文[精品论文] 柔性叶片水轮机流体动力特性数值模拟研究
关键词:柔性叶片水轮机流体动力数值模拟
摘要:柔性叶片水轮机是一种新型潮流能能获取装置,采用柔性材料作为叶片,柔性叶片适流形变,可充分利用流体的升力效应和阻力效应提取水能,具有较高获能效率,在较低转速下亦具有较好自启动能力,适用流速范围广,同时柔性叶片可适应双向往复来流,竖轴安装能适应各向来流,转子制作简单,叶片安装方便,有广阔的应用前景。但作为一种新型水轮机其流体动力特性有待于深入研究,认知其流体动力里原理,对其性能进行优化研究,以此来获得更高的流体动力性能,为其最终的广泛应用奠定基础。流体数值模拟现已广泛应用于汽车、船舶、航空、水力发电、环境保护等领域,本文从计算流体力学的角度出发对柔性叶片水轮机进行研究,通过数值模拟方法对水轮机的流体性能进行预测,但因柔性材料在流体中存在复杂的流固耦合关系,流固耦合思路、求解方法等都有待于深入研究完善。本文结合扑翼研究、帆翼研究、心脏瓣膜、血管瘤等相关知识,学****探讨了流固耦合的基础知识,讨论了流固耦合的实现方法;对单个柔性叶片在流体中的变形进行了流固耦合分析,得到了不同迎流状态下柔性叶片的形状;在柔性叶片水轮机实验研究的基础上,讨论了柔性叶片水轮机流固耦合数值模拟的方法,提出了简化可行的求解思路,使复杂的柔性叶片转动过程的流固耦合过程求解变得经济可行,并对水轮机的流体动力性能进行了有效的预测。本文主要研究结论有: ◇实现了柔性叶片在流体中的流固耦合分析,为柔性叶片水轮机的流体动力特性数值模拟提供了基础; ◇分析了柔性叶片水轮机数值模拟的实现途径,提出了预测水轮机流体动力性能的简化方法; ◇分析了单个柔性叶片转动的流体动力特性,叶片在一个转动周期内主要承受正向转矩,阻力转矩其主导作用。◇分析了尖速比、弧弦比、叶片张角等对水轮机性能的影响,尖速比是水轮机的重要性能参数,可为水轮机发电系统的发电机及电控系统的设计提供参考和依据。
正文内容
柔性叶片水轮机是一种新型潮流能能获取装置,采用柔性材料作为叶片,柔性叶片适流形变,可充分利用流体的升力效应和阻力效应提取水能,具有较高获能效率,在较低转速下亦具有较好自启动能力,适用流速范围广,同时柔性叶片可适应双向往复来流,竖轴安装能适应各向来流,转子制作简单,叶片安装方便,有广阔的应用前景。但作为一种新型水轮机其流体动力特性有待于深入研究,认知其流体动力里原理,对其性能进行优化研究,以此来获得更高的流体动力性能,为其最终的广泛应用奠定基础。流体数值模拟现已广泛应用于汽车、船舶、航空、水力发电、环境保护等领域,本文从计算流体力学的角度出发对柔性叶片水轮机进行研究,通过数值模拟方法对水轮机的流体性能进行预测,但因柔性材料在流体中存在复杂的流固耦合关系,流固耦合思路、求解方法等都有待于深入研究完善。本文结合扑翼研究、帆翼研究、心脏瓣膜、血管瘤等相关知识,学****探讨了流固耦合的基础知识,讨论了流固耦合的实现方法;对单个柔性叶片在流体中的变形进行了流固耦合分析,得到了不同迎流状态下柔性叶片的形状;在柔性叶片水轮机实验研究的基础上,讨论了柔性叶片水轮机流固耦合数值模拟的方法,提出了简化可行的求解思路,使复杂的柔性叶片转动过程的流固耦合过程求解变得经济可行,并对水轮机的流体动力性能进行了有效的预测。本文主要研究结论有: ◇实现了柔性叶片在流体中的流固耦合分析,为柔性叶片水轮机的流体动力特性数值模拟提供了基础; ◇分析了柔性叶片水轮机数值模拟的实现途径,提出了预测水轮机流体动力性能的简化方法; ◇分析了单个柔性叶片转动的流体动力特性,叶片在一个转动周期内主要承受正向转矩,阻力转矩其主导作用。◇分析了尖速比、弧弦比、叶片张角等对水轮机性能的影响,尖速比是水轮机的重要性能参数,可为水轮机发电系统的发电机及电控系统的设计提供参考和依据。
柔性叶片水轮机是一种新型潮流能能获取装置,采用柔性材料作为叶片,柔性叶片适流形变,可充分利用流体的升力效应和阻力效应提取水能,具有较高获能效率,在较低转速下亦具有较好自启动能力,适用流速范围广,同时柔性叶片可适应双向往复来流,竖轴安装能适应各向来流,转子制作简单,叶片安装方便,有广阔的应用前景。但作为一种新型水轮机其流体动力特性有待于深入研究,认知其流体动力里原理,对其性能进行优化研究,以此来获得更高的流体动力性能,为其最终的广泛应用奠定基础。流体数值模拟现已广泛应用于汽车、船舶、航空、水力发电、环境保护等领域,本文从计算流体力学的角度出发对柔性叶片水轮机进行研究,通过数值模拟方法对水轮机的流体性能进行预测,但因柔性材料在流体中存在复杂的流固耦合关系,流固耦合思路、求解方法等都有待于深入研究完善。本文结合扑翼研究、帆翼研究、心脏瓣膜、血管瘤等相关知识,学****探