自由面條件下水平軸潮流能葉輪水動力研究

王樹齊，張亮，徐剛，朱仁慶

(1. 江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 2. 哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

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自由面條件下水平軸潮流能葉輪水動力研究

王樹齊1，張亮2，徐剛1，朱仁慶1

(1. 江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 2. 哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

為了利用近水面較高的潮流流速，潮流能葉輪一般安裝在接近自由面的位置，導(dǎo)致葉輪的水動力特性受到自由面的影響。本文基于CFD方法，通過改變?nèi)~尖浸沒水深，對水平軸葉輪在自由面條件下的水動力特性展開研究。研究結(jié)果表明：葉輪軸向載荷和能量利用率平均值隨葉尖浸沒水深的增加而增加，并逐漸接近于無自由面時的計算結(jié)果；葉輪軸向載荷和能量利用率瞬時值產(chǎn)生波動，波動幅值隨葉尖浸沒水深的增加而減小；當(dāng)葉尖浸沒水深為0.79D時，軸向載荷系數(shù)及能量利用率已基本不隨葉片方位角的變化而改變，即自由面已幾乎無影響。研究結(jié)果可為潮流電站設(shè)計及工程應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

葉尖浸沒水深；潮流能；水平軸葉輪；自由面；水動力載荷

在實際水平軸潮流電站中，為了充分利用表面較高的流速，水平軸潮流能水輪機一般由漂浮式載體或固定式載體支撐其遠離海底而靠近自由面，水輪機葉輪面臨水中空化、自由面以及重力水波引起的速度梯度等不同程度的影響，這種影響一方面導(dǎo)致葉輪功率特性變差，另一方面則可能導(dǎo)致干擾載荷累積、使水輪機或支撐結(jié)構(gòu)疲勞甚至斷裂破壞，釀成重大事故。……