50kW海流能发电装置水轮机的结构设计

【摘要】：不可再生能源的枯竭,环境污染的不断加重,迫使全世界开始寻找可再生新能源,经济、清洁、可持续的能源成为目前研究的热点。本课题以海流能水平轴发电装置的占片作为研究对象,以叶素动量理论作为机理和发电机制,研究了叶片筛选和参数化建模的方法,并设计‘了50kW海流能水平轴发电装置的主要结构,同时通过流体力学分析软件对叶片绕流流场做定性和定量分析,使其符合结构可行性。主要工作如下： (1)研究叶素动量理论,归纳叶片获能系数影响因素,根据理论和数据分析,总结出合理的叶片选型应用方法；利用fluent软件计算叶片二维绕流流场,综合分析各参量的影响因素,确定叶片结构中的关键点：升力系数、叶片安装角、升阻比等。 (2)基于matlab软件,按照Wilson设计法,以最优化方法作为计算模型,通过系统参数计算和优化分析,获得在最佳安装角下的弦长,经过空间几何理论进行三维坐标转换,导入当前主流三维CAD软件进行实体建模,利用CFX-5对三维结构做外围流场分析,并对机身主要结构做静力学分析,对应力可能集中的部位做强度校核。 (3)设计一套50kW水平轴海流能发电装置,确定整机主要部件的主要结构,运用Solidworks软件完成三维模型的建模和组装,并对部分结构进行强度、刚度、疲劳寿命等计算,并基于装置的可靠性、经济性、可维护性以及本课题任务的技术指标等原则,进行设备的可行性研究、选型。 (4)在现有条件下,为了便于实验研究,设计了一套简易的200W水平轴发电装置实验模型,通过机加工装配成型,主要用于叶片性能分析,验证设计方法的合理性。 本研究成果不仅能从理论上奠定叶片设计方法的基础,而且为海流能水平轴发电装置提供了设计基础,进而也推动了新能源开发在实际工程上的应用。 【关键词】：海流能发电 水平轴 流场分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM612
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-18
• 第一章 绪论18-25
• 1.1 课题背景18
• 1.2 海流能概述18-22
• 1.2.1 国外研究现状19-21
• 1.2.2 国内研究现状21-22
• 1.3 本课题拟解决的主要问题22
• 1.4 本课题的主要研究内容22-25
• 第二章 水轮机设计理论25-32
• 2.1 贝兹理论与贝兹极限25-28
• 2.2 叶素理论28-29
• 2.3 动量理论29-31
• 2.4 动量-叶素理论以及修正因子31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 翼型的筛选和二维模拟流场分析32-47
• 3.1 翼型筛选32-33
• 3.1.1 翼型剖面构建的基本原理32-33
• 3.2 网格的建立33-36
• 3.2.1 二维坐标修改33-34
• 3.2.2 网格的划分34-36
• 3.3 二维模拟流场分析36-46
• 3.3.1 参数设定36-39
• 3.3.2 不同流动介质的分析39-40
• 3.3.3 不同翼型的分析40-42
• 3.3.4 同种翼型不同厚度、宽度分析42-43
• 3.3.5 翼型数值模拟云图分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 叶片成型和三维模拟47-60
• 4.1 Wilson叶片设计方法47-50
• 4.2 叶片三维坐标变换50-51
• 4.3 叶片的三维几何建模51-53
• 4.4 叶片的CFX三维模拟53-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 整机主要结构设计及样机加工60-76
• 5.1 主轴的设计及校核60-64
• 5.1.1 主轴的强度校核60-62
• 5.1.2 主轴的有限元分析与刚度校核62-64
• 5.2 轴承校核64-65
• 5.2.1 调心滚子轴承23056的计算65
• 5.2.2 推力调心滚子轴承29248的计算65
• 5.3 整机部分结构的设计65-69
• 5.3.1 增速器66-67
• 5.3.2 发电机67
• 5.3.3 导电滑环67
• 5.3.4 制动器67-68
• 5.3.5 密封设计68-69
• 5.4 200W样机设计及加工69-74
• 5.4.1 样机结构69-70
• 5.4.2 发电机选型参数70-72
• 5.4.3 样机实体72-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 结论76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 研究成果和发表的学术论文82-83
• 作者和导师简介83-84
• 附件84-85

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