作者：2018級本科生 汪爾奇，李光浩，張芝瑜，李兆瀅，陳澤兵 能動(dòng)系
甄紫涵 化工系
指導(dǎo)老師：譚 磊 能動(dòng)系
關(guān)鍵詞：深海發(fā)電，海流能，螺旋型，垂直軸發(fā)電
摘要
在深海的環(huán)境下，長期工作裝置的能量來源是一個(gè)重要的問題，而海流能幾乎成為深海進(jìn)行獨(dú)立供電的唯一可用能源。進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)，我們面臨著深海水流速很低、來流方向變化復(fù)雜等問題，故設(shè)計(jì)使用不受來流方向的Darrieus型垂直軸葉輪，并進(jìn)行翼型優(yōu)化與螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高葉輪的獲能效率、穩(wěn)定性與自啟動(dòng)性能。
葉輪模型
圖1 葉輪基本模型
上圖所示即為我們設(shè)計(jì)的葉輪模型外觀，在任意方向來流的情況下，圖示葉輪的三個(gè)葉片會(huì)受到升力，從而帶動(dòng)圖示葉輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。再配合以連軸發(fā)電機(jī)（要求阻力盡可能?。纯赏瓿砂l(fā)電。
葉輪的設(shè)計(jì)大小在400*400*700(mm)左右，預(yù)計(jì)功率量級為百瓦或十瓦。
圖2 葉片截面選取NACA0018翼型
這樣的設(shè)計(jì)主要克服了一下問題：
適應(yīng)各個(gè)方向來流：垂直軸的葉輪設(shè)計(jì)，對有水平方向分量的各個(gè)方向一視同仁，克服了水流方向的變化，是它針對于水平軸葉輪的主要優(yōu)點(diǎn)。
螺旋型設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性：葉輪旋轉(zhuǎn)到不同角度時(shí)，受水流作用力就會(huì)不同，螺旋型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)盡可能使葉輪旋轉(zhuǎn)過程中受力均勻，保護(hù)葉輪并提高效率。
提升自啟動(dòng)性能：葉輪端板采取下圖所示的設(shè)計(jì)，利用了阻力型葉輪的特點(diǎn)，盡可能提升葉輪的啟動(dòng)性能。目前這一點(diǎn)也尚處于改進(jìn)過程中。
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圖3 阻力型設(shè)計(jì)用于端板
演示裝置
圖4 演示裝置
以上是一個(gè)水箱，由隔板分為水輪區(qū)和葉輪區(qū)，人為控制水輪來帶動(dòng)水箱中水的流動(dòng)，在檢測葉輪裝置的運(yùn)行情況，可以較好地模擬不定向且低速情況下的實(shí)際情況。
數(shù)值模擬
值模擬.jpg)
圖5 數(shù)值模擬
域內(nèi)流線圖.jpg)
圖6 柱形區(qū)域內(nèi)流線圖
我們利用ANSYS進(jìn)行了葉輪的數(shù)值模擬，在壓力云圖、壓降模擬、流線模擬等研究中，模擬結(jié)果均符合預(yù)期。在之后的研究中，將繼續(xù)進(jìn)行模擬，并且進(jìn)行對照比較尋找最適的設(shè)計(jì)數(shù)值。
由于疫情影響，尚未返校完成葉輪實(shí)體的制作，將來會(huì)完成實(shí)體的制作和整機(jī)的搭建，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測定工作。
感謝參觀！
