项目名称: 潮流能发电装备叶片之间非线性水动力响应研究

项目编号: No.51479114

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 其他

项目作者: 李晔

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 84万元

中文摘要: 潮流能发电装备被认为是未来10年最有希望的替代能源之一。此装备的工作机理类似于风力发电机,但却有着极为独特的物理特性。其叶片间的响应过程直接影响了设备的功效和可靠性,但却没有相关理论。为揭示其机理,本项目拟展开以下四方面的理论、数值模拟和实验研究: 一、在循环水槽中,使用先进的粒子成像技术和压电元件等新型传感器,发展新的实验方法,揭示叶片动态响应的物理机理,并为验证理论开发打下基础。二、结合非粘性流体中叶片理论和扑翼理论,重新推导潮流能装备叶片的水动力响应动态方程,研究非定常情况下的叶片和涡街之间的响应和涡动态过程。揭示叶片间响应的动态原理,根据实验结果的分析,建立相应理论和数值方法。三、结合实验和理论,分析叶片周围流场的变化,对叶片和环境流体的响应有更基础的认识。四、根据叶片动态响应和载荷,深入剖析叶片间响应的机理,特别是其动态失速的特性。为今后的潮流能装备总体设计工作做出贡献。

中文关键词: 流固耦合;水动力;叶片;潮流能装备;非线性动力响应

英文摘要: Utilizing tidal current energy is regarded as one of the most promising renewable energy technologies.The technology used to convert tidal current energy to electric energy is called tidal current turbine, which shares similar principle to the wind turbine. However, the physics of fluid behind these two technologies are quite different due to difference of the viscosity and density. The blade of tidal current turbine is driven by unsteady flows, while the motion of the blade also affects the flow around and thus leads to hydrodynamic interaction between blades. This interaction significantly affects the performance and reliability of the turbine, but no theory has been developed yet. Thus, it is very important to understand the physical phenomenon thoroughly. To achieve above goal, this proposal suggests an effort combines theoretical derivations, numerical simulations and experimental tests with the following four tasks: 1) development of a new experimental test method to study the fundarmental principle the dynamics of the hydrofoil, by using PIV,pressure sensors and other instruments; 2)Deriving the formulation describing the nonlinear interaction between hydrofoils to study the correlation between vortex dynamic and blade response, reveal the principle of the balde dynamics and develop the theory;3)analyzing the flow field around the blade so as to understand the physics of the flow field' impact on blade better; and 4) analyzing the relationship between blade dynamics and loads to study the nonlinear interaction between blades, in particularly the dynamic stall phenomena. This project is expected to provide some fundamental contribution to future tidal current turbine design, and to provide some insight to other relevant research topics.

英文关键词: fluid-structure interaction;hydrodynamics;hydrofoil;tidal current turbine;nonlinear response

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