懸臂式潮流能垂直軸水輪機葉片流固耦合研究.pdf

1、隨著化石燃料的逐漸枯竭與環(huán)境的日益惡化，海洋可再生能源逐漸引起了世界各國的關(guān)注。潮流能作為海洋能中的一種，成為了海洋工程與能源領(lǐng)域中新的熱點。水輪機是一種主要的潮流能轉(zhuǎn)換裝置，隨著技術(shù)的發(fā)展以及效益的需求，水輪機逐步走向大型化，這就必然會帶來結(jié)構(gòu)變形及破壞等一系列研究問題。本文基于粘性流體力學理論及結(jié)構(gòu)有限元理論，針對懸臂式潮流能垂直軸水輪機葉片，采用單、雙向流-固耦合的方法，研究其水動力性能和結(jié)構(gòu)性能;并基于復合材料力學相關(guān)理論，對葉

2、片內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部蒙皮進行了復合材料鋪層方式進行了簡單的優(yōu)化設(shè)計。通過本文的研究，為懸臂式垂直軸葉輪各項性能的預(yù)測及葉片設(shè)計提供了一定的參考。本文主要開展了以下幾方面的研究。
　　基于CFD數(shù)值模擬方法，對懸臂式垂直軸水輪機葉輪進行了系統(tǒng)的水動力性能計算分析，得出了其水動力性能隨速比的一系列變化規(guī)律。
　　利用有限元理論對均質(zhì)葉片進行了結(jié)構(gòu)靜強度、瞬態(tài)動力學、模態(tài)以及疲勞分析，得出了懸臂式葉片在空氣中以及水中的一些結(jié)構(gòu)強度數(shù)

3、據(jù)。
　　在CFD數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，基于結(jié)構(gòu)有限元理論，采用單、雙向流-固耦合的方法，分析潮流能水輪機的水動力性能及結(jié)構(gòu)性能和其耦合規(guī)律，通過對比分析探討了兩種耦合方法在立軸懸臂葉輪各性能計算上的優(yōu)缺點。并通過雙向流-固耦合分析，探討了葉片材料屬性、水輪機速比等對葉片水動力性能以及結(jié)構(gòu)性能的影響，并針對部分速比及材料對葉片在運行中一個周期內(nèi)的形變以及應(yīng)力變化等進行了具體探討。
　　根據(jù)流-固耦合所得數(shù)據(jù)，基于復合材料力學相關(guān)