盛传明，练继建，林大明，徐 宝，黄宣旭

(1. 天津大学 前沿技术研究院有限公司，天津 301700; 2. 江苏道达海上风电工程科技有限公司， 江苏 南通 226000)

海底边界效应对海流发电水轮机水动力性能影响研究

盛传明1，练继建1，林大明1，徐 宝1，黄宣旭2

(1. 天津大学 前沿技术研究院有限公司，天津 301700; 2. 江苏道达海上风电工程科技有限公司， 江苏 南通 226000)

对30 W海流能水平轴水轮机进行叶片设计，应用FLUENT软件对水轮机的水动力性能进行数值模拟，研究了边界效应对叶片表面压力、流场、湍流强度、获能和轴向力的影响。受海底边界效应影响，海流速度沿深度呈现梯度变化，底层流速较小，中上层流速较大。边界效应导致水轮机的水动力性能呈现周期性变化，降低了水轮机的获能和轴向力。机组布置时，宜选择水流稳定且流速较大的中上层区域。

水平轴水轮机；水动力性能；边界效应；海流能

Abstract: The blade of a 30W horizontal axis marine current turbine was designed. Numerical simulation of hydrodynamic performance of marine current turbine was made by using computational fluid dynamic software FLUENT. The influence of boundary effect to surface pressure distribution of blade, velocity distribution of flow field, turbulent kinetic energy, power and axial force were analyzed. Velocity gradient along the water depth is caused by boundary effect of bed. The closer to bottom, the smaller flow velocity. Boundary effect leads to periodic change of hydrodynamic performance, and power and axial force is reduced then. Marine current turbine should be installed in the upper level of seawater which has a stable and larger velocity.

Keywords: horizontal axis turbine; hydrodynamic performance; boundary effect; power

寻求和发展可再生清洁能源是当前不可逆转的新趋势，世界各国都在积极开发新型可再生能源[1]。海洋海流能由于储量丰富、载荷稳定、可预测性强等优点而备受青睐，是近年来发展较快的海洋能能种之一[2]。海流发电水轮机是一种利用海流能来获取能量的旋转机械，通过叶片的升力效应推动水轮机旋转做功，带动发电机发电，将海流能转化为电能，提供清洁能源。

近年来，随着计算流体力学的发展和计算机软硬件水平的提高，众多科研机构应用CFD方法对水轮机的水动力性能进行了深入研究。……