摘 要

随着全球矿物资源的日益枯竭和环境污染的日益加剧，清洁能源的有效利用已经越来越受到世界各国的重视。而海流能作为海洋能的一种，无污染可持续的特性使之对于沿海国家已经成为战略性选择。我国的由于地理位置优越，拥有得天独厚的海洋资源的开发条件。海流能发电机是将海流能转化为电能的主要设备，通过研究海流能发电机的叶轮在海流场中的受力能够进一步优化对海流能发电机的设计，因此本文工作如下：

(1)本文研究海流能发电机及海流流场的研究背景及意义，归纳总结了海流能发电装置的开发背景，海流能发电装置种类和海流能发电机国内外发展现状及发展遇到的问题。

(2)确定了本文的研究对象，探究翼型的基本理论和翼型的基本几何参数，分析翼型的水动力载荷，根据叶素理论和叶素动量理论分析翼型受力，及翼型升阻力特性和失速效应。

(3)利用NACA翼型软件生成翼型并在CFD-ICEM中建立模型划分网格，利用FLUENT软件加载流场。

(4)对装置进行水动力分析，确定其水动力参数，进行三维建模。

关键词：海流能；叶片翼型；流场；水动力分析；三维模型；

Abstract

With the increasing depletion of global mineral resources and the increasing of environmental pollution, the effective use of clean energy has been paid more and more attention by the world. Ocean currents is a kind of ocean energy, and the non pollution and sustainable characteristics make it a strategic choice for the coastal countries. Because of the favorable geographical position, the development conditions of marine resources Ocean current energy generating devices is the main equipment of transforming the ocean cuiient energy into electric energy. The current research can generator impeller in the current field of force to further optimize the design of marine energy generator. Therefore, the work of this paper are as follows:

(1)This paper research the background and significance of ocean current energy generating devices and the current flow field. The development background of ocean current energy generating device, the types of current generation equipment and the current development situation and problems encountered in the development at home and abroad are summarized.

(2)This paper determining the research object and exploring the the basic geometric parameters and the basic theory of airfoil. Based on the theory of blade element momentum theory and blade element momentum theory, the dynamic load of the airfoil is analyzed.

(3) Creating the airfoil by the NACA software and Dividing mesh by using the ICEM-CFD software. Loading flow field by using the FLUENT software.

(4) The hydrodynamic parameters of the device were determined, and the 3D modeling was carried out.

Keywords: Ocean current；Airfoil；Flow field ；Hydrodynamic analysis；3D modeling

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 海流能发电装置综述 2

1.3 海流能发电装置分类 3

1.4 国内外发展现状 5

第2章 海流能发电装置设计的基本原理 8

2.1 海流能发电机机组的工作原理 8

2.2 叶片翼型的基本理论 9

2.3 叶片翼型的水动力载荷分析 11

2.4 叶素理论 12

2.5 叶素动量理论 14

2.6 本章小结 15

第3章 建立装置模型和流场模型 17

3.1 NACA翼型简介 17

3.2 翼型的选取 17

3.3 建立翼型模型 18

3.3.1 生成NACA翼型 18

3.3.2 利用ICEM-CFD软件做仿真前处理 20

3.4 处理流场并进行流场建模 22

3.5 本章小结 24

第4章 装置参数优化 25

4.1 基于FLUENT的水动力分析 25

4.2 确定叶轮的基本参数 29

4.2.1 确定叶轮直径 29

4.2.2 确定叶尖速比和叶片数 29

4.2.3 确定叶轮转速 30

4.3 通过Wilson设计方法确定叶片水动力外形 30

4.4 利用Pro/e建立三维模型 32

4.5 本章小结 34

第5章 总结与展望 35

5.1 总结 35

5.2 展望 35

参考文献 36

绪论

研究背景及意义

随着经济的发展，人口日益增加，人类对化石能源的需求也在逐渐增长，但是化石能源属于不可再生资源且在人类的过度开采下日益枯竭，而化石能源的过度利用对环境也造成了不可磨灭的污染问题。能源的短缺和环境的恶化使得如何合理使用能源成为人类持续生存和发展的重要问题。

海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能[^[1]]。