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基于浮式防波堤的水轮机水动力性能研究
| 论文题名： | 基于浮式防波堤的水轮机水动力性能研究 |
| 关键词： | 水轮机;浮式防波堤;水动力性能;海流能发电;波流耦合 |
| 摘要： | 目前，能源危机与环境问题日益严重，世界拥有丰富的海洋资源，不仅能解决能源危机，作为环境友好型新能源，也是各国重点发展的对象，海流能作为其中最年轻且发展最迅速的一种，已成为各个学者研究的焦点。水轮机作为海流能利用装置的核心结构，对海域海流的能流密度要求较高，我国海域海流能分布不均，能达到要求的区域较小，这是阻碍发展的重要因素，而在海上结构物的底部，由于结构对海水的遮挡，使得底部流场加速，能流密度增大，符合海流能发电水轮机工作条件。因此，本文将海流能装置与浮式防波堤相结合进行研究，这对海流能利用装置的拓展应用具有一定的参考价值。 本文采用STAR-CCM+数值模拟软件对海流能发电装置与浮式防波堤相结合的耦合结构的水动力性能进行研究，分别对软件的空域造波、波流耦合、防波堤运动进行验证，并确定水轮机的最优工况。通过数值模拟，分析在均匀流场加入波浪后，波浪要素对水轮机参数的影响，得到水轮机的获能效率与所受轴向力增大，波浪周期对水轮机的影响明显。而后水轮机在波流条件下做强迫运动，纵荡运动会改变水轮机的性能幅值，垂荡会影响性能均值，纵摇运动对性能影响较小。最后利用重叠网格与滑移网格的方法在软件中实现水轮机与防波堤全耦合的数值模型计算，基于DFBI模块对耦合结构进行系泊与三自由度运动的设定，分析浮式防波堤与水轮机间的相互作用，得到水轮机耦合到防波堤上后，会使防波堤纵荡平衡位置后移，幅值变小;垂荡平衡位置上移，幅值变小;纵摇角度变大，幅值变大。而防波堤由于对海流的阻挡效果，会使底部流场加速，水轮机的能量利用率与轴向力系数增大，波动幅值减小，尾流变短。 经研究，与浮式防波堤相结合的海流能利用装置，可在稳定防波堤运动的同时，有效提高水轮机的获能效率，在保证耦合结构安全的条件下，可为深远海海流能的利用提供思路。 |
| 作者： | 刘俊东 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 孙科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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