作者：2018級本科生 汪爾奇，李光浩，張芝瑜，李兆瀅，陳澤兵 能動系
甄紫涵 化工系
指導老師：譚 磊 能動系
關鍵詞：深海發(fā)電，海流能，螺旋型，垂直軸發(fā)電
摘要
在深海的環(huán)境下，長期工作裝置的能量來源是一個重要的問題，而海流能幾乎成為深海進行獨立供電的唯一可用能源。進行發(fā)電的同時，我們面臨著深海水流速很低、來流方向變化復雜等問題，故設計使用不受來流方向的Darrieus型垂直軸葉輪，并進行翼型優(yōu)化與螺旋結構設計來提高葉輪的獲能效率、穩(wěn)定性與自啟動性能。
葉輪模型
圖1 葉輪基本模型
上圖所示即為我們設計的葉輪模型外觀，在任意方向來流的情況下，圖示葉輪的三個葉片會受到升力，從而帶動圖示葉輪順時針旋轉。再配合以連軸發(fā)電機（要求阻力盡可能小），即可完成發(fā)電。
葉輪的設計大小在400*400*700(mm)左右，預計功率量級為百瓦或十瓦。
圖2 葉片截面選取NACA0018翼型
這樣的設計主要克服了一下問題：
適應各個方向來流：垂直軸的葉輪設計，對有水平方向分量的各個方向一視同仁，克服了水流方向的變化，是它針對于水平軸葉輪的主要優(yōu)點。
螺旋型設計的穩(wěn)定性：葉輪旋轉到不同角度時，受水流作用力就會不同，螺旋型結構的設計盡可能使葉輪旋轉過程中受力均勻，保護葉輪并提高效率。
提升自啟動性能：葉輪端板采取下圖所示的設計，利用了阻力型葉輪的特點，盡可能提升葉輪的啟動性能。目前這一點也尚處于改進過程中。
圖3 阻力型設計用于端板
演示裝置
圖4 演示裝置
以上是一個水箱，由隔板分為水輪區(qū)和葉輪區(qū)，人為控制水輪來帶動水箱中水的流動，在檢測葉輪裝置的運行情況，可以較好地模擬不定向且低速情況下的實際情況。
數(shù)值模擬
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圖5 數(shù)值模擬
域內(nèi)流線圖.jpg)
圖6 柱形區(qū)域內(nèi)流線圖
我們利用ANSYS進行了葉輪的數(shù)值模擬，在壓力云圖、壓降模擬、流線模擬等研究中，模擬結果均符合預期。在之后的研究中，將繼續(xù)進行模擬，并且進行對照比較尋找最適的設計數(shù)值。
由于疫情影響，尚未返校完成葉輪實體的制作，將來會完成實體的制作和整機的搭建，進行實驗的實際測定工作。
感謝參觀！
