水下航行器垂直轴海流发电装置叶轮特性的数值仿真  被引量:7

Numerical Analysis on Impeller Behavior of Vertical Axis Water Turbine for Underwater Vehicles

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作  者:田文龙[1] 宋保维[1] 毛昭勇[1] 刘郑国[1] 

机构地区:[1]西北工业大学航海学院,西安710072

出  处:《西安交通大学学报》2013年第11期19-24,共6页Journal of Xi'an Jiaotong University

基  金:国家自然科学基金资助项目(51179159);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20116102110009)

摘  要:为了探索、解决水下航行器能源补给问题,设计了一种用于水下航行器的垂直轴海流发电装置,并利用二维非定常流体力学计算研究了不同尖速比下叶片截面翼型、叶片弦长、叶轮阻塞度等结构参数对叶轮受力和功率输出特性的影响。计算时基于了雷诺时均N-S方程,湍流模型采用重整化群的k-ε模型,计算域网格用GAMBIT软件将其划分成静止域和旋转域两部分,并通过滑移网格技术实现了静止域和旋转域的相对转动。计算结果表明:叶片厚度增加,叶轮在较小尖速比下可获得更高的扭矩峰值和捕获功率峰值;叶轮阻塞度对叶轮输出影响显著;采用NACA0015翼型的叶轮,当水流速为0.5m/s、尖速比为2、叶轮阻塞度为0.266 5、叶片弦长为150mm、叶片展长为1m时,最大平均捕获功率约为25W。该结果可为水下航行器发电装置的受力和功率输出特性研究提供参考。In order to supply energy to autonomous underwater vehicles (AUVs),a small-scale vertical axis water turbine (VAWT) was designed.The influence of structural parameters including the foil section profile,the foil cord length and the block ratio on the turbine performance at different tip-speed-ratios (TSRs) was investigated with the two-dimensional transient computational fluid dynamics (CFD) method.In the numerical simulation,the time-averaged Reynolds Navier-Stokes equation and the RNG κ-ε turbulence model are adopted.The computation domain is divided into a stationary subdomain and a rotating subdomain,and they are connected by a sliding mesh method.The results show that the higher torque peak and capture power peak can be achieved at the smaller TSRs when the blade thickness is larger.The block ratio has significant influence on the impeller output.The turbine with three unit-length NACA0015 foils can generate a maximum averaged power of 25 W at a water velocity of 0.5 m/s and other given parameters.

关 键 词:水下航行器 海流发电装置 计算流体力学 滑移网格 

分 类 号:TK730.2[交通运输工程—轮机工程]

 

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