1．目的及意义
随着我国的环保意识和可持续发展的意识不断提升。如今中国也出现了对风力，水力，和光等自然资源研究的热潮，众所周知，我国水电资源的蕴藏量居世界第一。目前在我国的的主要发电方式所占的比例为：火电 69.09%、水电 22.49%、风电 6.06%、太阳能 1.19%、核电 1.17%[1]，根据2003年推出的《中华人民共和国水力资源复查成果》，我国水电资源的理论蕴藏量为6.9440亿千瓦（装机容量）﹑60829亿千瓦时（年发电量），技术可开发量为5.4164亿千瓦﹑24740亿千瓦时，经济可开发量为4.0180亿千瓦﹑17534亿千瓦时。其中当年查得100千瓦-5万千瓦的小水电技术可开发量为0.6759亿千瓦﹑2997亿千瓦时。上述数据还不包括装机容量小于100千瓦的微水电，我国微水电的技术可开发装机容量还有数千万瓦。不管从大中水电还是小微水电来看，我国水电资源的储量均居首位[2]。
海洋能指依附于海水中的可再生能源，包括潮流能（Tidal Current Energy）、波浪能、温差能、盐差能等。作为海洋能的重要组成部分，潮流能主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动,其中浙江、山东和台湾海峡是世界上潮流能资源最丰富的地区之一。中国潮流能资源理论蕴藏量为 8.3 GW，技术可开发量 1.7 GW，空间分布较为集中，主要在浙江杭州湾口和舟山群岛海域，约为 5.2 GW，占中国潮流能资源总量的 62%，技术开发量约为 1 GW[3]。
目前收集潮流能的技术多种多样，因此我们可以充分利用海流能和潮汐能来填补我们对能源的需要，它们的特点是可以源源不断地为人类发展提供所需能量，新型能源完全利用自然变化规律，它们的使用不会对自然造成额外污染。海流能和潮流能作为新型可再生能源之一，因其能量密度大，具有较强的可预测性，储量丰富等特点极具开发价值。本研究项目基于其他水力发电装置的特点，将其与与一种密封管道内管道式无轴驱动发电装置结合起来，提高其收集能量的能力，力求以较低的经济性来获取最大的效率来输出电能。
有许多概念为机组在各种各样的发展状态之下, 显示潮流能源产业的初期, 因为没有一个特殊类型的设备被证明了明显地高效率比其他。从海洋中提取能量有五种主要方法: 越浪装置、振荡水柱、热装置、盐度梯度和波浪活化体 (吸收器和衰减)。
目前国内外在潮流能水轮机水动力学性能方向以及柔性叶片水轮机水动力学性能方向的研究成果有：
国内哈尔滨工程大学张亮[4]、汪鲁兵[5]等采用基于动量定理的性能计算方法和流管模型等来研究水轮机的流体动力性能。浙江大学李伟、林勇刚[6]等采用Fluent软件模拟了水平轴水轮机翼型的升力、阻力系数，结合叶素理论研究了水平轴水轮机水动力学性能；王树杰，张敬斌[7]-[8]等人对柔性叶片潮流能水轮机水动力获能进行原理及数值分析。王树杰，赵龙武，李冬，鹿兰帅[9]-[13]对柔性叶片水轮机叶片获能，叶片受力分析，以及模型在水中的模拟运行分析做出了细致的研究。尹克金[14]在以上研究基础上，对柔性叶片水轮机获能问题进行了继续研究。
国外W.M.J. Batten[15]，A.S. Bahaj[16]等采用数值模拟方法研究水平轴水轮机水动力学性能，并采用风洞和拖曳水池对 800mm直径水平轴水轮机（MCT）。得出一系列尖速比（tip speed ratio）和倾角下的功率和推力系数，实验分析结果给MCT水轮机的水动力学设计提供了大量有益信息，同时为数值模型的验证提供了详细数据。研究详细的介绍了转矩采集、功率控制方法、数据采集等方案，对于潮流能水轮机实验研究开展具有指导意义，针对柔性叶片水轮机，目前Mohamed Taher Bouzaher,Belhi Guerira,Mohamed Hadid[17]垂直性柔性叶片水轮机进行了模拟仿真分析。
目前将电机与桨叶集成的技术用于潮流能发电的商业机构主要包括：
MCT公司制造的水轮机“Sea Gen”。中间立柱桩固于海底，单个转子旋转直径 18m，在流速 3m/s工况下，发电功率达 2.5MW[18],英国SMD Hydrovision设计的一种锚泊式水轮机Tid EL[18]。“Sea Gen”和“Tid EL”均采用双叶片转子，结构简单，运输方便，但相对同种结构的多叶片转子，其获能能力较低，转子交汇部受力均衡性差，应力集中明显。Lunar Energy公司设计的Rotech Tidal Turbine（RTT）[19]采用多叶片转子，克服了上述两种转子的缺点，重力基固定方式，易安装回收。目前正在设计制作中的RTT2000约高32m，长30m，重2500T，重力基占了大部分质量[19]-[20]。
本设计基于水轮机，涡轮机，和轮缘驱动装置的特点，通过柔性叶片水轮机电装置来进行优化和改造，增大效率，降低经济性。来实现上述目标。
以上针对于轮缘驱动装置，叶轮机，以及柔性叶片水轮机的研究过程及理论方法，对本设计有着非常有价值的指导作用。同时，通过以上研究结果也可得知基于自适应柔性结构的波浪能发电装置具有一定的理论研究意义和实际工程应用价值。
{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}2.1 研究内容
详细了解柔性叶片水轮机工作原理，并模拟分析在管道内柔性叶片水轮机工作状况；对柔性叶片在水中的受力进行分析及理论计算，探究柔性叶片在水中的水动力性能特点；对轮毂式驱动装置，水轮机等发电装置密封结构进行研究，探索柔性叶片水轮机发电、集电、送电装置，并探究有效的水下密封方法等；在水环境研究合理的管道内部结构来保证减少内部水流波浪能的损耗。
2.2 研究目标
通过对柔性叶片水轮机的工作原理了解，完成对柔性叶片水轮机发电装置的研究目标；归纳柔性叶片在水中的水动力性能特点，柔性叶片水轮机叶片的设计，密封管道内的空间结构设计；对水下水轮机密封结构原理和水下电力转换、集电、送电装置工作原理进行探究，完成橡胶皮管和电机之间的密封设计，集电和送电装置设计；最终设计一种内部发电装置为柔性叶片水轮机的密封管道水力发电装置。
2.3 技术方案及措施
（1）搜集国内外水下水轮机，叶轮机工作原理的中英文文献，以及探究柔性叶片在水环境中的工作状况，并根据目前方案进行设计改进；
（2）根据文献，总结归纳国内外水轮机，涡轮机，轮缘驱动装置和无轴轮缘发电装置等采用叶片发电的装置发展现状及应用，并根据本设计的外观和内部构造，提出合理的方案；
（3）探索合适的柔性叶片材料并学习有关叶片在水中的流体力学知识，对密封管道外部水动能传导效率计算，通过 SolidWorks软件完成外观设计及内部结构详细设计的建模工作；
（4）学习计算流体力学相关基础知识及软件的使用方法，根据所建实体模型， 对管道内部柔性叶片水轮机运转情况进行探究；
（5）对管道内部柔性叶片水轮机的发电效率进行理论的分析和计算；
（6）根据设计方案，解决水下密封问题，并设计出较为合理的转换，和集电装置；
（7）对所完成的方案的完整设计加以验证，并验证其效率，不断优化改进。
3. 参考文献