外文翻译--通过油水界面性能数值模拟的威尔斯涡轮机设计参数分析 中文版

毕业设计（论文）外文资料翻译 系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 外文出处 Ocean Engineering 附件： 1、外文原文； 2、外文资料翻译译文。 指导教师评语： 签字： 年 月 日 注：请将该封面与附件装订成册。 海洋工程 29（ 2002） 1463 1477 通过油水界面性能数值模拟的威尔斯涡轮机设计参数分析 A.布里托 -梅洛， L.M.C.加托， A.J.N.A.萨尔门托 机械工程系，西班牙优秀设计员，里斯本技术大学 av. Rovisco Pais， 1049-001 里斯本，葡萄牙 2001 年 5 月 22 日收到，于 2001 年 8 月 30 日接受 3.结果与讨论 试验研究不同类型的转子叶片，最近对这些叶片进行了管理来提高空气动力学性能（ Raghunathan， 1995 年，加托， 1999 年 a， b）。在这些类型当中，我们考虑两个涡轮叶片配置，这可能会提供一个更大范围的流量，在这个流量范围内涡轮机可以完全以不错的效率运行，与更多标准 NACA0015 无后掠叶片的涡轮机转子相比：他们是向后掠 NACA0015 叶片（韦伯斯特和加托， 1999 年）。图 1 所示，优化 HSIM-15-262123-1576 的未波及叶片（加托和恩里克斯， 1996 年），如图 2 所示。为了进行比较，我们采取 NACA0015 无后掠叶片（加托等人， 1996 年）。 图 3 和图 4 显示了在 IST 钻机上单向流动小规模测试的实验结果（韦伯斯特和加托， 1999年 a， b）。结果列于图 3 和图 4，高坚固性的威尔斯涡轮机的转子（转子外半径为 R0.295米，常数翼弦 C125 毫米，涡轮实度 0.64，上文提到的叶片配备，有或无导流叶片。数据显示，在无量纲形式中，实验结果为效率 / ( )tL q p 与压力降 22/ ( )p p R 相关，和转矩25/ ( )L L R ,及函数流量系数相关（ 是空气密度）。无导流叶片的涡轮机在图 3 中的结果显示， NACA001530 无后掠转子在 0.114U 时具有较低的 max 为 0.583， NACA001530向后掠转子在 0.17U 时具有较低的 max 为 0.583，但没 有表现出无后掠转子的转矩急剧下降。此外，在失速条件下，转子扫略的转矩在一个更高流量时变为负， 0.45U ，而无后掠转子在 0.3U 时 效率变负。无后掠 HSIM 装有叶片的转子显示出了与向后掠转子类似的hmax，但通过转子叶片产生的逐步失速的流量，在很宽的流速范围内显出更高效率失速的发生。 【】图 1，转子叶片掠角 【】 图 2 NACA0015 和 HSIM15-262123-1576 部分。 图 4 表示配备相应的情节相同的涡轮机转子双列的导流叶片。 如图 4 实验结果，导流叶片的使用为上述任何几何形状增加了 hmax，即从 0.583 到 0.706， 0.551 到 0.613 和 0.553到 0.669。此外，我们发现，使用导流叶片缩小了流量范围，在这个范围内涡轮机以正扭矩运转。 【 1469 图（ a）（ b）（ c）】 图 3. 无后掠和 30向后掠 NACA0015 和无后掠 HSIM 转子叶片涡轮机，无导流叶片：效率的测量值（ a）中，压力降（ b） 和扭矩（ c）针对流量系数。 【 1470 图（ a）（ b）（ c）】 图 4. 无后掠和 30向后掠 NACA0015 和无后掠 HSIM 转 子叶片涡轮机，带导流叶片：效率的测量值（ a）中，压力降（ b） 和扭矩（ c）针对流量系数。 表 1 总结了六个涡轮机的性能数据，其中 aU 和 bU 分别为最小和最大的流量系数，效率名义上是 max0.5 。然而， /abUU 和 abUU 给出了这样一个迹象，即当m a x( / )opU 中压力和流率比例近于直线的范围时的操作范围。 在上面的性能对比中，稳定的整 体坚固性被假定为不同的涡轮机配置。表 1 中的结果显示出，转子叶片的几何形状对涡轮机的性能具有显著的影响。特别是与在 较窄的流量范围内有更高的峰值效率的涡轮机相比，一些转子的几何形状会给与相当宽的流量范围，在这个范围中，涡轮机可以高效运行。 图 5-7 通过 44 个有代表性的波浪气候的亚速尔群岛网站的记录给出了平均电力输出，并考虑到各海况的发生频率设定的数值。结果给出了涡轮机特性 K 为几个值的额定功率O S sW p q 。表 2 表示在哪些设计的不同类型的涡轮机转子及旁通压力释放阀的流量系数 sU值。 3.1 NACA0015 无后掠转子叶片和导流叶片 图 5 给出了研究 NACA0015 无后掠叶片的转子使用导流叶片的数值模拟的结果。图 5 还展示出了有或者无庞统压力溢流阀，导流叶片的使用都会使平均电功率输出有显著的增加。图 3 和图 4 中绘制的 NACA0015 有或者无导流叶片的转子的曲线图，分别显示出带导流叶片的涡轮机具有最大效率 max 0.72 .无导流叶片的涡轮机的转矩曲线具有较宽的流量范围，超过这个范围涡轮机将以良好的效率运行。数值模拟的结果揭示了有用的导流叶 片。此外，他 们显示的是在上述条件下，涡轮机的空气动力学设计标准应该是最大化的涡轮机的峰值效率，即使可能导致相对于流速曲线有一个较窄范围的效率。此外，可以发现，使用导流叶片会导致涡轮机尺寸的一个小的增加，然而，这不应该构成重大的问题，因为涡轮机的成本只有整个工厂成本的一小部分。 【 1471 表 1】 【 1472 图（ a）（ b）（ c）】 图 5（ a）的结果还表明，不管导流叶片是否被承认电功率输出作为涡轮机的额定功率的功能的趋势是一样的，。图 6 显示出电功率输出的显著增加。被看做涡轮机额定功率增大到 600KW。最大电功率输出已实现，在模拟中考虑涡轮机额定功率的范围。 【 1473 图（ a）（ b）】 图 6，向后掠的 30 NACA0015 转子叶片涡轮机和无导流叶片（ a）和无旁通阀（ b）：作为涡轮机的特性函数 K，涡轮机的额定功率为几个值。 图 5（ b）给出了使用旁路泄压阀的情况下的数值模拟结果。在这样的条件下，当使用旁路泄流阀时，与相应的情况下相比，总的转换功率相当小。另外，转换后的电功率随涡轮功率增长至 900kw，高于这个值时，转换后的功率将减小，因为小流量涡轮机损失和机械损失。转换的最大电力获得的常数 k 的值，类似 于使用旁路溢流阀获得的。 【 1474 图（ a）（ b） 】 图 7 中， HSIM 转子叶片涡和无导流叶片（ a）以及无旁通阀（ b）：作为涡的特性函数 k，涡的额定功率为几个值。 【 1474 表 2】 3.2NACA0015 横扫转子叶片，有或者无导流叶片 图 6 给出了研究使用导流叶片对 NACA0015 30向后掠转子叶片的影响的数值模拟的结果。可以看出，导流叶片的使用不利于没有溢流阀的情况。这是由于与无导流叶片的涡轮机相比，装有导流叶片的涡在停滞流动条件下的性能最差（ 见图 3 和图 4）。 如图 5 和图 6 比较所示，装有横扫叶片转子的涡比无后掠叶片涡的性能差，假定该导流叶片和压力释放阀都被使用。这个结果与图 4 所示的相同的涡的性能曲线相符。 当考虑使用溢流阀且无导流叶片时，向后掠 NACA0015 叶片的转子与无后掠 NACA0015 转子相比，表明向后掠的转子叶片比相应的无后掠的转子生产的能量少。在这些条件下，与向 后掠叶片相比，无后掠转子具有比失速之前效率更高的优点。然而向后掠叶片的好处是，目前向后掠叶片没有旁路压力释放阀且不使用导流叶片。 对于一个给定的涡的 额定功率，电能的转换作为涡特性 k 的一个功能，这两种类型的涡是相似的，既当最高转换达到 195k119.4Pam3S 时，无论是否使用旁路泄压阀都一样。 此外，可以看出，旁通阀的使用与向后掠叶片转子的配合不会导致一个显著增加的平均功率转换，与所发现的相应条件下无后掠叶片涡轮机相反。这是由于在较宽的流速范围内，向后掠叶片转子的涡可以以良好的效益工作。 3.3 HSIM 转子叶片和无导流叶片 图 7 的结果显示，无后掠 HSIM 叶片转子在使用旁通阀（图 7a）和不使用旁通阀时（图7b），有或无导流叶片相比较，可以看出， 当无导流叶片的涡的旁路泄压阀运行时，所产生的电能稍高，可以看出，当无导流叶片的涡的旁路泄压阀运行时，所产生的电能稍高。在涡带导流叶片的条件下也可以发现使用旁路压力泄压阀可以使电功率转换有较大幅度的提高。 当 HSIM 叶片转子与 NACA0015（图 5）比较时，在无导流叶片和带有旁通阀这两种情况下，我们观察到 NACA0015 装有叶片的转子的涡可以获得更好的性能。这意味着与 HSIM 叶片转子的下部较宽的曲线相比应优选高峰窄的 NACA0015 叶片转子的效率曲线。 图 4 表明，当使用旁通阀时无后掠 NACA0015 叶 片转子比 HSIM 叶片转子的转矩曲线更有利。与此相反目前如果没有旁通阀是事实。虽然在流速范围更宽时 HSIM 转子叶片具有正的转矩，有或者无导流叶片，其结果与 NACA 转子叶片相比表明，如果使用压力释放阀，至少波气候在亚速尔群岛是不利的。 如果不考虑旁通阀，可以通过使用 HSIM 叶片得到稍微好一点的性能。我们注意到， HSIM叶片会导致更高的额定功率和尺寸更小的涡轮机，然而如果考虑到电动发电机和其电力电子的成本，这可能不会是一个优势。 4. 结论 通过波线理论来模拟电源转换链的数学模型可以用来匹配多个威尔斯涡轮机油水界 面波能量转换器。主要关注的是威尔斯涡轮机的峰值效率与涡轮机可以高效运转的流率范围的宽度（固有有限），尤其是考虑在油水界面工厂中结合使用一个旁路压力释放阀。 旁路高压溢流阀被发现为在类似的工作条件下研究的每个涡轮设计，以提供更高级别的电能生产。这一增长对无后掠 NACA0015 带有导流叶片的转子尤为重要。这个涡轮机为所有研究的涡轮机配置提供最佳的电源转换。 无后掠 NACA0015 无导流叶片，且无旁路减压阀的转子表现最差。数学模型预测这种情况下，最大的平均电能生产只有 60%左右，这样可以实现最好的安排，即无后掠 NACA0015 导流叶片与压力释放阀并行工作的转子。 当不考虑溢流阀时，无后掠 HSIM 带或不带导流叶片的转子提供