单向开口阀式Savonius 水轮机及其水动力性能研究
2021-05-19吴烨卿宋瑞银崔玉国蔡泽林陈凯翔
宁波大学学报(理工版) 2021年3期
吴烨卿,宋瑞银,崔玉国,蔡泽林,陈凯翔
（1.宁波大学 机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211;2.浙大宁波理工学院,浙江 宁波 315100;3.浙江科技学院,浙江 杭州 310023）
Savonius (S 型)水轮机是一种典型的阻力型水轮机,主要分为水平轴式和垂直轴式[1-2],其中垂直轴水轮机结构简单,启动特性好,成本低,具有良好的应用前景[3].而以阻力型S 式风力机为设计原型的水轮机是最典型的S 型水轮机[4].许多学者对水轮机转子的结构进行优化来提高其捕获效率.Prasad 等[5]建立了波浪数字水槽,并进行了S 型桨叶的波浪峰值仿真计算.Thakur 等[6]提出了一种冲击射流导管的设计方法来改善S 型水轮机的性能.Basumatary 等[7]在传统双叶片S 型水轮机基础上开发了一种新的基于组合升阻力(CLD)的叶片设计.边佩翔等[8]建立了S型水轮机的仿真模型,对S型水轮机在不同叶尖速比下的水动力学及能量提取性能进行研究,得到了优化的叶尖速比.姚建均等[9]通过数值模拟研究了S 型水轮机的减流特性.吴映江等[10]分析了叶片重叠率、相对入水深度等参数对水轮机水动力特性的影响.
然而,效率低仍然是水轮机的主要问题.为了提高效率,研究者们主要对转子结构、叶面形状等进行了优化设计,但仍难以大幅度提高捕获效率.本文创新性地提出了在转子叶片上的单向开口阀设计,并利用Fluent 数值仿真软件,分析单向开口阀大小对水轮机性能的影响.最后搭建实验平台,开展物理模型对照实验,验证数值模拟结果的准确性.