水陆两用车后弯管波浪能发电装置的研究

作     者：陈凯翔 

作者单位：浙江科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：吴瑞明;宋瑞银

授予年度：2021年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 082402[工学-轮机工程] 080204[工学-车辆工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：水陆两用车 波浪能 后弯管 数值仿真 CWR 冲击式透平 

摘      要：人类对能源的需求日益增加,但传统的矿石燃料资源却日益枯竭,能源问题开始逐步凸显。交通领域是能源消耗“大户,尤其是车辆的能源消耗在逐年增高,对环境的影响也在不断增加,社会对于清洁能源的需求越来越迫切。海洋能因其密度巨大、储量丰富,并且是清洁的可再生能源,因而备受关注。把海洋能和车辆相结合,一定程度上可以减缓能源压力,对于海洋能的应用领域研究和新能源在车辆上的应用具有研究意义。本文针对将海洋能和车辆结合的情况,提出了一种新型水陆两用车的概念,它是将后弯管波浪能发电装置和水陆两用车相结合的一种新型车辆。水陆两用车的海洋工况下,利用后弯管波浪能发电装置捕获海洋能发电,从而给水陆两用车提供能量。采用数值模拟仿真和物理实验相结合的方法,研究后弯管发电装置从捕获的海洋能转换到气动能量的效率（一级转换效率）;再通过数值模拟,研究所提出的透平机构对应工况下的发电性能（二级转换效率）;最后通过整体模型发电物理实验验证研究成果。对于后弯管波浪能发电装置的一级转换效率的研究,采用FLUENT建立的数值水槽,对比例缩放的模型进行仿真分析。数值水槽中的波浪,采用边界造波法和阻力源项消波法实现;水槽模型基于Realizable k-ε湍流模型和VOF（Volume Of Fluid）模型建立。在对模型的仿真分析中,主要研究外形参数对于后弯管装置效率的影响,从吃水深度、迎浪面形状、气室形状和水平管长度四个方面进行了分析研究。同时,搭建与数值模型相对应的物理实验模型,将数值模型仿真实验和物理模型实验所得到的结果进行对比分析。针对后弯管波浪能发电装置的二级转换效率的研究,提出了两个新型固定导流板冲击式透平的模型与固定导流板对称翼冲击式透平对比,并在FLUENT中建立流道进行数值模拟研究。流道速度入口处利用UDF（User Defined Function）输入交变气流工况,研究上述透平在工况下的响应。并通过搭建物理实验模型进行发电。本文研究的水陆两用车后弯管波浪能发电装置确实有一定的发电能力,提出的整机波浪能到电能的转换效率可达37.5%,可以为水陆两用车上的部分小型用电设备供能,对于新能源汽车能源开发利用方向有参考意义。