垂直轴潮流能水轮机流固耦合的研究.pdf

垂直轴潮流能水轮机流固耦合研究摘要开发绿色新能源是解决目前全球面临的能源危机与环境污染的主要途径,而潮流能作为绿色可再生能源中的一种,目前正在为国内外争相开发。垂直轴水轮机是开发潮流能的一种主要装置,在国内外对垂直轴水轮机技术的研究与探索过程中,大多的试验与理论研究都只侧重于水轮机水动力性能方面。而在垂直轴水轮机实现大型化和工程化的过程中,水轮机结构强度和安全问题也是面临的主要问题。本文的工作内容主要是介绍流固耦合技术在垂直轴水轮机上实现的方法。在载荷试验的基础上,通过对垂直轴水轮机的数值模拟,运用流固耦合的方法,将流体载荷施加到水轮机的结构上进行结构校核,并与试验进行了对比。验证了本文提出的针对垂直轴水轮机流固耦合方法的正确性与可行性,并在流场分析的基础上对试验结果给出合理的解释。本文旨在为实际工程项目提供试验和理论依据。本文首先介绍了垂直轴水轮机的工作特点与工作原理,对固定偏角的垂直轴水轮机进行了运动和受力的分析。给出了影响水轮机水动力性能的无因次参数,总结了研究垂直轴水轮机的三种方法流管法、涡方法及CFD方法的基本原理和各自的优缺点。其次,本文介绍了流固耦合的相关理论,主要介绍了基于ANSYS+CFX的单向流固耦合和双向流固耦合的主要实现过程,并且两种物理模型之间数据的交换方法。第三,本文介绍了垂直轴水轮机载荷试验的内容,包括试验装置、试验设备与试验方法,并对试验测量结果做了分析说明。第四,本文根据CFX二维和三维的计算结果对垂直轴水轮机进行了单向的流固耦合分析,并与试验数结果行了对比分析。对试验结果给出了合理的解释。最后,本文对固定偏角垂直轴水轮机进行了双向流固耦合分析,给出了叶片结构变形和应力分布的规律,并且提出了影响水轮机叶片和主轴强度的主要因素是叶片法向力。关键词:潮流能;垂直轴水轮机;载荷试验;流固耦合;CFX哈尔滨工程大学硕士学位论文垂直轴潮流能水轮机流固耦合研究AbstractDevelopingnewenergyisthemainwaytosolvetheproblemofenergycrisisandenvironmentalpollution,tidalcurrentenergyasakindofthenewenergy,(VAWT)isamaindevicefordevelopingthetidalcurrentenergy,butduringthestudyoftheVerticalAxisWaterTurbine,—(FSI、realizingontheⅥ,’byapplyingthefluidloadingonthestructurethroughthemethodofFSI,,thecharacteristicsandworkingprincipleforthe溺弦丁aregiven。∥fandthenenumeratetheadvantagesandthedisadvantagesofthestream-tubemethod,vortexmethodandth