矩形水轮机水动力性能研究

论文摘要

传统垂直轴潮流能发电水轮机的叶片轨迹为圆形,是目前广泛实验和研究的潮流能转换装置,本文基于这种垂直轴潮流能转换装置开发出两种形式新颖的水轮机,一种水轮机的叶片运动轨迹前后为长度相等的平行线段,两侧为向外张开的半圆,我们称其为矩形水轮机;一种水轮机的叶片运动轨迹为“菱形”,我们称其为菱形水轮机。为研究矩形水轮机和菱形水轮机的水动力性能,将应用于垂直轴水轮机水动力性能计算的单盘面多流管模型方法和双盘面多流管模型方法改进并应用于这两种水轮机。首先推导出矩形水轮机和菱形水轮机水动力性能的计算公式,建立流管模型。通过模型计算,探讨了水轮机密实度等水轮机参数以及叶片偏角控制规律对水轮机能量利用率的影响。综合各计算结果,对水轮机在不同水况下各参数以及叶片偏角控制规律下的水轮机水动力性能的变化规律进行了比较与分析。分析得出,通过改变水轮机的密实度和叶片偏角控制规律可以明显改善水轮机的能量利用率曲线。最后对比分析了单盘面多流管模型方法和双盘面多流管模型方法,确定双盘面多流管模型方法为计算水轮机水动力性能的最优方法。对比分析了矩形水轮机和菱形水轮机的水动力性能,确定菱形水轮机的结构形式更为优良。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的目的和意义
• 1.2 水轮机研究现状
• 1.3 水轮机性能研究综述
• 1.4 本文的工作内容
• 第2章 矩形水轮机的水动力分析
• 2.1 叶片的运动与受力
• 2.1.1 叶片的运动
• 2.1.2 叶片及水轮机的受力
• 2.2 动量定理模型
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 单盘面多流管模型
• 2.2.3 双盘面多流管模型
• 2.3 流管模型修正方法
• 2.3.1 诱导速度修正
• 2.3.2 流管划分方法
• 2.4 偏角控制规律
• 2.5 本章小结
• 第3章 矩形水轮机水动力性能影响分析
• 3.1 水轮机性能影响因素分析
• 3.1.1 速比的影响
• 3.1.2 诱导速度修正的影响
• 3.1.3 偏角的影响
• 3.1.4 长径比的影响
• 3.1.5 密实度的影响
• 3.1.6 叶片翼型的影响
• 3.2 流管模型对比分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 菱形水轮机的水动力分析
• 4.1 叶片的运动与受力
• 4.2 水轮机性能影响因素分析
• 4.2.1 偏角的影响
• 4.2.2 菱形角的影响
• 4.2.3 密实度的影响
• 4.2.4 叶片翼型的影响
• 4.3 菱形水轮机与矩形水轮机对比分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢