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摘要: 潮流能水轮机是海洋能开发利用中的核心装备。为拓展其适用范围,本研究采用计算流体力学方法,对一种新型鳍环式水平轴水轮机开展了三维数值模拟研究。该水轮机采用非常规结构设计,主要由中心轮毂、7个同心环及88片鳍板组成。首先,对原始水轮机的水动力性能进行数值模拟,并利用文献中的实验数据验证模型可靠性。随后,针对鳍板的两个关键设计参数(拱度与攻角),进行参数化分析,系统探究了不同拱度与攻角组合下水轮机的水动力性能,确定了最优设计方案。研究结果表明:采用拱度10 mm、攻角20°的组合可在“导流效率”与“阻力损失”之间实现最佳平衡,从而显著提升水轮机性能。最优参数组合的峰值功率系数达到0.42,对应叶尖速比为1.8。此外,相较于传统水平轴与垂直轴水轮机,鳍环式水轮机在能量捕获效率及生态友好性等方面展现出一定优势。本研究揭示了该型水轮机的水动力特性,为其参数匹配提供了定量依据,也为潮流能水轮机的创新设计提供了新思路。
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