《潮流能發電裝備葉片之間非線性水動力回響研究》是依託上海交通大學，由李曄擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：潮流能發電裝備葉片之間非線性水動力回響研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李曄
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
潮流能發電裝備被認為是未來10年最有希望的替代能源之一。此裝備的工作機理類似於風力發電機，但卻有著極為獨特的物理特性。其葉片間的回響過程直接影響了設備的功效和可靠性，但卻沒有相關理論。為揭示其機理，本項目擬展開以下四方面的理論、數值模擬和實驗研究： 一、在循環水槽中，使用先進的粒子成像技術和壓電元件等新型感測器，發展新的實驗方法，揭示葉片動態回響的物理機理，並為驗證理論開發打下基礎。二、結合非粘性流體中葉片理論和撲翼理論，重新推導潮流能裝備葉片的水動力回響動態方程，研究非定常情況下的葉片和渦街之間的回響和渦動態過程。揭示葉片間回響的動態原理,根據實驗結果的分析，建立相應理論和數值方法。三、結合實驗和理論，分析葉片周圍流場的變化，對葉片和環境流體的回響有更基礎的認識。四、根據葉片動態回響和載荷，深入剖析葉片間回響的機理，特別是其動態失速的特性。為今後的潮流能裝備總體設計工作做出貢獻。
結題摘要
開發利用海洋潮流能，是國家實現可持續發展的重要方面。潮流能裝備葉片間的水動力回響是非線性、非定常流固耦合問題，涉及流動分離、空化和湍流等物理過程。這些複雜現象對葉片及潮流能裝備性能有很大影響。目前的理論方法對葉片流場回響特性的描述不夠具體，無法用於裝備的具體最佳化設計；實驗和CFD方法廣泛套用則面臨成本問題。針對葉片回響非線性水動力特性的分析和認識亟待加強，開展理論、數值和實驗相結合的研究勢在必行。 為揭示潮流能發電裝備葉片之間非線性水動力回響的機理，本項目展開了以下四方面的研究，並取得重要結果：一、開展潮流能葉片水動力學葉片回響理論以及渦流理論的基礎研究，基於自由離散渦方法開展的數值模擬方法研究，加強了對非定常流動的描述。二、開展潮流能裝備葉片間回響的實驗技術研究，包括開發葉片俯仰運動控制器，設計葉片力學性能同步測量方案等，進而研究雷諾數、葉片振動和多葉片分布等對葉片周圍流場的動力學影響。三、對潮流能葉片非線性水動力學進行數值研究，包括對水平軸和垂直軸潮流能水輪機的數值模擬，還使用了StarCCM+等CFD軟體對潮流能水輪機和葉片串列情況進行模擬。四、基於理論、實驗和模擬工作，開展葉片載荷與回響的研究，刻畫不同工況（特別是動態失速）葉片的載荷變化，建立非定常流動下尾流渦街和葉片載荷，以及葉片間瞬態回響的內在關係。基於本項目資金資助，上述研究結果已撰寫學術論文，並被錄用或發表為22篇期刊論文（top期刊論文5篇），其中SCI1區4篇，2區1篇，3區6篇，4區5篇，中文核心5篇；14篇會議論文，其中12篇EI檢索。 綜上所述，本項目針對我國目前對潮流能裝備的迫切需要，克服了潮流能裝備葉片間回響理論不足的問題，把潮流能發電裝備葉片性能提升這一工程技術問題深化到一個更基礎的層次，利用理論探尋其物理本質，結合實驗分析其變化過程，加以數值模擬，在基礎和套用兩個層面都做出國際領先的成果。
