作者：2018级本科生 汪尔奇，李光浩，张芝瑜，李兆滢，陈泽兵 能动系

甄紫涵 化工系

指导老师：谭  磊 能动系

关键词：深海发电，海流能，螺旋型，垂直轴发电

摘要

在深海的环境下，长期工作装置的能量来源是一个重要的问题，而海流能几乎成为深海进行独立供电的唯一可用能源。进行发电的同时，我们面临着深海水流速很低、来流方向变化复杂等问题，故设计使用不受来流方向的Darrieus型垂直轴叶轮，并进行翼型优化与螺旋结构设计来提高叶轮的获能效率、稳定性与自启动性能。

叶轮模型

图1 叶轮基本模型

上图所示即为我们设计的叶轮模型外观，在任意方向来流的情况下，图示叶轮的三个叶片会受到升力，从而带动图示叶轮顺时针旋转。再配合以连轴发电机（要求阻力尽可能小），即可完成发电。

叶轮的设计大小在400*400*700(mm)左右，预计功率量级为百瓦或十瓦。

图2 叶片截面选取NACA0018翼型

这样的设计主要克服了一下问题：

适应各个方向来流：垂直轴的叶轮设计，对有水平方向分量的各个方向一视同仁，克服了水流方向的变化，是它针对于水平轴叶轮的主要优点。

螺旋型设计的稳定性：叶轮旋转到不同角度时，受水流作用力就会不同，螺旋型结构的设计尽可能使叶轮旋转过程中受力均匀，保护叶轮并提高效率。

提升自启动性能：叶轮端板采取下图所示的设计，利用了阻力型叶轮的特点，尽可能提升叶轮的启动性能。目前这一点也尚处于改进过程中。

图3 阻力型设计用于端板

演示装置

图4 演示装置

以上是一个水箱，由隔板分为水轮区和叶轮区，人为控制水轮来带动水箱中水的流动，在检测叶轮装置的运行情况，可以较好地模拟不定向且低速情况下的实际情况。

数值模拟

图5 数值模拟

图6 柱形区域内流线图

我们利用ANSYS进行了叶轮的数值模拟，在压力云图、压降模拟、流线模拟等研究中，模拟结果均符合预期。在之后的研究中，将继续进行模拟，并且进行对照比较寻找最适的设计数值。

由于疫情影响，尚未返校完成叶轮实体的制作，将来会完成实体的制作和整机的搭建，进行实验的实际测定工作。

感谢参观！