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水下航行器垂直轴海流发电装置叶轮特性的数值仿真
【作者】 田文龙 ; 宋保维 ; 毛昭勇 ; 刘郑国
【关键词】 水下航行器 海流发电装置 计算流体力学 滑移网格
【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κ-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0.5 m/s、尖速比为2、叶轮阻塞度为0.266 5、叶片弦长为150 mm、叶片展长为1 m时,最大平均捕获功率约为25 W.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.
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