外文翻譯--通過(guò)油水界面性能數(shù)值模擬的威爾斯渦輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)分析 中文版

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯 系別： 機(jī)械工程系 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 外文出處 Ocean Engineering 附件： 1、外文原文； 2、外文資料翻譯譯文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽字： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 海洋工程 29（ 2002） 1463 1477 通過(guò)油水界面性能數(shù)值模擬的威爾斯渦輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)分析 A.布里托 -梅洛， L.M.C.加托， A.J.N.A.薩爾門(mén)托 機(jī)械工程系，西班牙優(yōu)秀設(shè)計(jì)員，里斯本技術(shù)大學(xué) 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.結(jié)果與討論 試驗(yàn)研究不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)子葉片，最近對(duì)這些葉片進(jìn)行了管理來(lái)提高空氣動(dòng)力學(xué)性能（ Raghunathan， 1995 年，加托， 1999 年 a， b）。在這些類(lèi)型當(dāng)中，我們考慮兩個(gè)渦輪葉片配置，這可能會(huì)提供一個(gè)更大范圍的流量，在這個(gè)流量范圍內(nèi)渦輪機(jī)可以完全以不錯(cuò)的效率運(yùn)行，與更多標(biāo)準(zhǔn) NACA0015 無(wú)后掠葉片的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子相比：他們是向后掠 NACA0015 葉片（韋伯斯特和加托， 1999 年）。圖 1 所示，優(yōu)化 HSIM-15-262123-1576 的未波及葉片（加托和恩里克斯， 1996 年），如圖 2 所示。為了進(jìn)行比較，我們采取 NACA0015 無(wú)后掠葉片（加托等人， 1996 年）。 圖 3 和圖 4 顯示了在 IST 鉆機(jī)上單向流動(dòng)小規(guī)模測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（韋伯斯特和加托， 1999年 a， b）。結(jié)果列于圖 3 和圖 4，高堅(jiān)固性的威爾斯渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子外半徑為 R0.295米，常數(shù)翼弦 C125 毫米，渦輪實(shí)度 0.64，上文提到的葉片配備，有或無(wú)導(dǎo)流葉片。數(shù)據(jù)顯示，在無(wú)量綱形式中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為效率 / ( )tL q p 與壓力降 22/ ( )p p R 相關(guān)，和轉(zhuǎn)矩25/ ( )L L R ,及函數(shù)流量系數(shù)相關(guān)（ 是空氣密度）。無(wú)導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)在圖 3 中的結(jié)果顯示， NACA001530 無(wú)后掠轉(zhuǎn)子在 0.114U 時(shí)具有較低的 max 為 0.583， NACA001530向后掠轉(zhuǎn)子在 0.17U 時(shí)具有較低的 max 為 0.583，但沒(méi) 有表現(xiàn)出無(wú)后掠轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩急劇下降。此外，在失速條件下，轉(zhuǎn)子掃略的轉(zhuǎn)矩在一個(gè)更高流量時(shí)變?yōu)樨?fù)， 0.45U ，而無(wú)后掠轉(zhuǎn)子在 0.3U 時(shí) 效率變負(fù)。無(wú)后掠 HSIM 裝有葉片的轉(zhuǎn)子顯示出了與向后掠轉(zhuǎn)子類(lèi)似的hmax，但通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生的逐步失速的流量，在很寬的流速范圍內(nèi)顯出更高效率失速的發(fā)生。 【】圖 1，轉(zhuǎn)子葉片掠角 【】 圖 2 NACA0015 和 HSIM15-262123-1576 部分。 圖 4 表示配備相應(yīng)的情節(jié)相同的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子雙列的導(dǎo)流葉片。 如圖 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)流葉片的使用為上述任何幾何形狀增加了 hmax，即從 0.583 到 0.706， 0.551 到 0.613 和 0.553到 0.669。此外，我們發(fā)現(xiàn)，使用導(dǎo)流葉片縮小了流量范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)渦輪機(jī)以正扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)。 【 1469 圖（ a）（ b）（ c）】 圖 3. 無(wú)后掠和 30向后掠 NACA0015 和無(wú)后掠 HSIM 轉(zhuǎn)子葉片渦輪機(jī)，無(wú)導(dǎo)流葉片：效率的測(cè)量值（ a）中，壓力降（ b） 和扭矩（ c）針對(duì)流量系數(shù)。 【 1470 圖（ a）（ b）（ c）】 圖 4. 無(wú)后掠和 30向后掠 NACA0015 和無(wú)后掠 HSIM 轉(zhuǎn) 子葉片渦輪機(jī)，帶導(dǎo)流葉片：效率的測(cè)量值（ a）中，壓力降（ b） 和扭矩（ c）針對(duì)流量系數(shù)。 表 1 總結(jié)了六個(gè)渦輪機(jī)的性能數(shù)據(jù)，其中 aU 和 bU 分別為最小和最大的流量系數(shù)，效率名義上是 max0.5 。然而， /abUU 和 abUU 給出了這樣一個(gè)跡象，即當(dāng)m a x( / )opU 中壓力和流率比例近于直線的范圍時(shí)的操作范圍。 在上面的性能對(duì)比中，穩(wěn)定的整 體堅(jiān)固性被假定為不同的渦輪機(jī)配置。表 1 中的結(jié)果顯示出，轉(zhuǎn)子葉片的幾何形狀對(duì)渦輪機(jī)的性能具有顯著的影響。特別是與在 較窄的流量范圍內(nèi)有更高的峰值效率的渦輪機(jī)相比，一些轉(zhuǎn)子的幾何形狀會(huì)給與相當(dāng)寬的流量范圍，在這個(gè)范圍中，渦輪機(jī)可以高效運(yùn)行。 圖 5-7 通過(guò) 44 個(gè)有代表性的波浪氣候的亞速爾群島網(wǎng)站的記錄給出了平均電力輸出，并考慮到各海況的發(fā)生頻率設(shè)定的數(shù)值。結(jié)果給出了渦輪機(jī)特性 K 為幾個(gè)值的額定功率O S sW p q 。表 2 表示在哪些設(shè)計(jì)的不同類(lèi)型的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子及旁通壓力釋放閥的流量系數(shù) sU值。 3.1 NACA0015 無(wú)后掠轉(zhuǎn)子葉片和導(dǎo)流葉片 圖 5 給出了研究 NACA0015 無(wú)后掠葉片的轉(zhuǎn)子使用導(dǎo)流葉片的數(shù)值模擬的結(jié)果。圖 5 還展示出了有或者無(wú)龐統(tǒng)壓力溢流閥，導(dǎo)流葉片的使用都會(huì)使平均電功率輸出有顯著的增加。圖 3 和圖 4 中繪制的 NACA0015 有或者無(wú)導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)子的曲線圖，分別顯示出帶導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)具有最大效率 max 0.72 .無(wú)導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線具有較寬的流量范圍，超過(guò)這個(gè)范圍渦輪機(jī)將以良好的效率運(yùn)行。數(shù)值模擬的結(jié)果揭示了有用的導(dǎo)流葉 片。此外，他 們顯示的是在上述條件下，渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是最大化的渦輪機(jī)的峰值效率，即使可能導(dǎo)致相對(duì)于流速曲線有一個(gè)較窄范圍的效率。此外，可以發(fā)現(xiàn)，使用導(dǎo)流葉片會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)尺寸的一個(gè)小的增加，然而，這不應(yīng)該構(gòu)成重大的問(wèn)題，因?yàn)闇u輪機(jī)的成本只有整個(gè)工廠成本的一小部分。 【 1471 表 1】 【 1472 圖（ a）（ b）（ c）】 圖 5（ a）的結(jié)果還表明，不管導(dǎo)流葉片是否被承認(rèn)電功率輸出作為渦輪機(jī)的額定功率的功能的趨勢(shì)是一樣的，。圖 6 顯示出電功率輸出的顯著增加。被看做渦輪機(jī)額定功率增大到 600KW。最大電功率輸出已實(shí)現(xiàn)，在模擬中考慮渦輪機(jī)額定功率的范圍。 【 1473 圖（ a）（ b）】 圖 6，向后掠的 30 NACA0015 轉(zhuǎn)子葉片渦輪機(jī)和無(wú)導(dǎo)流葉片（ a）和無(wú)旁通閥（ b）：作為渦輪機(jī)的特性函數(shù) K，渦輪機(jī)的額定功率為幾個(gè)值。 圖 5（ b）給出了使用旁路泄壓閥的情況下的數(shù)值模擬結(jié)果。在這樣的條件下，當(dāng)使用旁路泄流閥時(shí)，與相應(yīng)的情況下相比，總的轉(zhuǎn)換功率相當(dāng)小。另外，轉(zhuǎn)換后的電功率隨渦輪功率增長(zhǎng)至 900kw，高于這個(gè)值時(shí)，轉(zhuǎn)換后的功率將減小，因?yàn)樾×髁繙u輪機(jī)損失和機(jī)械損失。轉(zhuǎn)換的最大電力獲得的常數(shù) k 的值，類(lèi)似 于使用旁路溢流閥獲得的。 【 1474 圖（ a）（ b） 】 圖 7 中， HSIM 轉(zhuǎn)子葉片渦和無(wú)導(dǎo)流葉片（ a）以及無(wú)旁通閥（ b）：作為渦的特性函數(shù) k，渦的額定功率為幾個(gè)值。 【 1474 表 2】 3.2NACA0015 橫掃轉(zhuǎn)子葉片，有或者無(wú)導(dǎo)流葉片 圖 6 給出了研究使用導(dǎo)流葉片對(duì) NACA0015 30向后掠轉(zhuǎn)子葉片的影響的數(shù)值模擬的結(jié)果。可以看出，導(dǎo)流葉片的使用不利于沒(méi)有溢流閥的情況。這是由于與無(wú)導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)相比，裝有導(dǎo)流葉片的渦在停滯流動(dòng)條件下的性能最差（ 見(jiàn)圖 3 和圖 4）。 如圖 5 和圖 6 比較所示，裝有橫掃葉片轉(zhuǎn)子的渦比無(wú)后掠葉片渦的性能差，假定該導(dǎo)流葉片和壓力釋放閥都被使用。這個(gè)結(jié)果與圖 4 所示的相同的渦的性能曲線相符。 當(dāng)考慮使用溢流閥且無(wú)導(dǎo)流葉片時(shí)，向后掠 NACA0015 葉片的轉(zhuǎn)子與無(wú)后掠 NACA0015 轉(zhuǎn)子相比，表明向后掠的轉(zhuǎn)子葉片比相應(yīng)的無(wú)后掠的轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的能量少。在這些條件下，與向 后掠葉片相比，無(wú)后掠轉(zhuǎn)子具有比失速之前效率更高的優(yōu)點(diǎn)。然而向后掠葉片的好處是，目前向后掠葉片沒(méi)有旁路壓力釋放閥且不使用導(dǎo)流葉片。 對(duì)于一個(gè)給定的渦的 額定功率，電能的轉(zhuǎn)換作為渦特性 k 的一個(gè)功能，這兩種類(lèi)型的渦是相似的，既當(dāng)最高轉(zhuǎn)換達(dá)到 195k119.4Pam3S 時(shí)，無(wú)論是否使用旁路泄壓閥都一樣。 此外，可以看出，旁通閥的使用與向后掠葉片轉(zhuǎn)子的配合不會(huì)導(dǎo)致一個(gè)顯著增加的平均功率轉(zhuǎn)換，與所發(fā)現(xiàn)的相應(yīng)條件下無(wú)后掠葉片渦輪機(jī)相反。這是由于在較寬的流速范圍內(nèi)，向后掠葉片轉(zhuǎn)子的渦可以以良好的效益工作。 3.3 HSIM 轉(zhuǎn)子葉片和無(wú)導(dǎo)流葉片 圖 7 的結(jié)果顯示，無(wú)后掠 HSIM 葉片轉(zhuǎn)子在使用旁通閥（圖 7a）和不使用旁通閥時(shí)（圖7b），有或無(wú)導(dǎo)流葉片相比較，可以看出， 當(dāng)無(wú)導(dǎo)流葉片的渦的旁路泄壓閥運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的電能稍高，可以看出，當(dāng)無(wú)導(dǎo)流葉片的渦的旁路泄壓閥運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的電能稍高。在渦帶導(dǎo)流葉片的條件下也可以發(fā)現(xiàn)使用旁路壓力泄壓閥可以使電功率轉(zhuǎn)換有較大幅度的提高。 當(dāng) HSIM 葉片轉(zhuǎn)子與 NACA0015（圖 5）比較時(shí)，在無(wú)導(dǎo)流葉片和帶有旁通閥這兩種情況下，我們觀察到 NACA0015 裝有葉片的轉(zhuǎn)子的渦可以獲得更好的性能。這意味著與 HSIM 葉片轉(zhuǎn)子的下部較寬的曲線相比應(yīng)優(yōu)選高峰窄的 NACA0015 葉片轉(zhuǎn)子的效率曲線。 圖 4 表明，當(dāng)使用旁通閥時(shí)無(wú)后掠 NACA0015 葉 片轉(zhuǎn)子比 HSIM 葉片轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩曲線更有利。與此相反目前如果沒(méi)有旁通閥是事實(shí)。雖然在流速范圍更寬時(shí) HSIM 轉(zhuǎn)子葉片具有正的轉(zhuǎn)矩，有或者無(wú)導(dǎo)流葉片，其結(jié)果與 NACA 轉(zhuǎn)子葉片相比表明，如果使用壓力釋放閥，至少波氣候在亞速爾群島是不利的。 如果不考慮旁通閥，可以通過(guò)使用 HSIM 葉片得到稍微好一點(diǎn)的性能。我們注意到， HSIM葉片會(huì)導(dǎo)致更高的額定功率和尺寸更小的渦輪機(jī)，然而如果考慮到電動(dòng)發(fā)電機(jī)和其電力電子的成本，這可能不會(huì)是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 4. 結(jié)論 通過(guò)波線理論來(lái)模擬電源轉(zhuǎn)換鏈的數(shù)學(xué)模型可以用來(lái)匹配多個(gè)威爾斯渦輪機(jī)油水界 面波能量轉(zhuǎn)換器。主要關(guān)注的是威爾斯渦輪機(jī)的峰值效率與渦輪機(jī)可以高效運(yùn)轉(zhuǎn)的流率范圍的寬度（固有有限），尤其是考慮在油水界面工廠中結(jié)合使用一個(gè)旁路壓力釋放閥。 旁路高壓溢流閥被發(fā)現(xiàn)為在類(lèi)似的工作條件下研究的每個(gè)渦輪設(shè)計(jì)，以提供更高級(jí)別的電能生產(chǎn)。這一增長(zhǎng)對(duì)無(wú)后掠 NACA0015 帶有導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)子尤為重要。這個(gè)渦輪機(jī)為所有研究的渦輪機(jī)配置提供最佳的電源轉(zhuǎn)換。 無(wú)后掠 NACA0015 無(wú)導(dǎo)流葉片，且無(wú)旁路減壓閥的轉(zhuǎn)子表現(xiàn)最差。數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)這種情況下，最大的平均電能生產(chǎn)只有 60%左右，這樣可以實(shí)現(xiàn)最好的安排，即無(wú)后掠 NACA0015 導(dǎo)流葉片與壓力釋放閥并行工作的轉(zhuǎn)子。 當(dāng)不考慮溢流閥時(shí)，無(wú)后掠 HSIM 帶或不帶導(dǎo)流葉片的轉(zhuǎn)子提供