近岸往复流同向推动涡轮发电装置
海流能发电主要是利用海流所蕴含的动能来进行发电,根据叶轮轴线在水流中的空间布置,分为垂直轴式发电装置[1-3]和水平轴式发电装置[4-7]两种.现有的海流能发电主要集中于深海水域,而对于近岸海流能发电研究较少.
圣弥厄尔教堂借助地势占据区域最高点,建筑主轴线垂直于用地北部道路,呈东北—西南走向,所以,从肥城路观赏教堂是典型的侧对对景.也正因如此,观赏者虽然可以看清教堂正立面钟楼和其后中殿的轮廓,却暂时无法窥察建筑全貌.但这反而引发了一种期待,即:圣弥厄尔教堂的偏转暗示了下一个空间的开始,那里一定存在一个现在看不到却能感受得到的空间,朝向这个建筑并与之结合成了一体[6].在此,教堂前的广场恰扮演了这个角色,当观赏者进入广场才可以一览建筑全貌,从而激发了城市公共空间的活力.
与深海区域和河流区域水流的稳定流动不同,在近岸区域,海水流动表现为双向流动,高效利用近岸海水的往复流动动能,将可以提高近岸往复流发电装置效率[8-9].本文介绍了一种往复流同向推动涡轮发电装置,由进水通道、排水通道和横流通道组成,近岸海水的往复流动通过发电设备被转化为涡轮的单向旋转,提高了能量输出的稳定性和连续性.
我也特别理解,对于教师来说,时间的确特别不够用。但我们必须意识到,时间的开关,握在每个人自己手中。拧紧时间的水龙头,把零碎边角的时间用于阅读,不让时间“跑冒滴漏”,也是每个成年读者读书的必由之路。总之,阅读贵在坚持,贵在养成习惯。当阅读成为我们的生活方式,成为生命中不可缺少的组成部分时,我们就会发现,不必刻意为阅读寻找时间,阅读就在身边,时时都有阅读时间。
1 近岸往复流同向推动涡轮发电装置结构及工作原理
基于近岸海水往复流动特点,笔者研究团队开发了一种近岸往复流同向推动涡轮发电装置,发电设备结构主要由进水通道、排水通道、横向通道和发电机等部件组成,其结构图和半剖图分别如图1和图2所示.
如图1所示,近岸往复流同向推动涡轮发电装置结构主要由进水通道、排水通道、横向通道和发电机等部件组成.海水从进水通道进入,通过横向通道从排水通道流出.在海水流动过程中,海水驱动横向通道中的涡轮发电装置,进而通过转轴带动发电机做功.
取两个MAXI计数瓶,分别加入9mL的3-甲氧基丙胺,吸收1.5g~1.6g的CO2后分别加入自配闪烁液,放入液闪谱仪中测量本底。用微型移液器加入0.1mL含14C的正十六烷标准溶液后,再次测量。然后用微型移液器向样品中加入2μL的四氯化碳淬灭剂再测量;重复五次以上,一旦测量结果的SQP(E)值降到550左右就停止。
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图1 近岸往复流同向推动涡轮发电装置结构图
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图2 近岸往复流同向推动涡轮发电装置结构半剖图
如图2所示,海水沿x方向流动或者沿-x方向流动时,海水驱动涡轮发电装置的工作原理如下:
阿东带着阿里在店门口晒着冬衣。阳光下两兄弟脸上都挂着笑容。老巴坐在店里望着他们。他忧心忡忡,不知怎么解决阿里的哀乐。阿东一大早已经跟他说了,绝对不能不让阿里放哀乐。但是,邻居们的投诉,又如何办?他脑子里转了无数主意,甚至连卖房子搬家都想了,却没有想出一个合适的。
当海水沿x方向流动时,从减缩通道1进入进水通道,从减缩通道3流入排水通道,从减缩通道4流出排水通道.在海水的推动下,阀体沿着上导轨和下导轨滑动到后缓冲框架处.由于阀体的阻挡以及横向通道和排水通道交界处流体的负压抽吸作用,形成了横向通道内的单向高速水流,经过导向叶片组驱动涡轮动叶片组顺时针转动,进而通过转轴驱动发电机发电,实现近岸海流能量的高效回收.
2)对海流能发电装置的输出功率参数,仅考虑一个周期内的平均数出功率参数.
2018年,很多文化大师离开,顺便带走了属于自己的时代。为几代人虚构出一个梦幻世界的作家金庸,在人间大闹一场后,悄然离去。
根据连续性方程可得:
3)教学形式:采用集体备课和联合授课,根据学校实际管理和目前学生、师资条件的特点,在实验组班级进行小范围的实施,在血液与肿瘤疾病中开展OSC横向整合联合CBL教学。每周上课1次,每次课程2小时,带教老师可选择血液与肿瘤疾病门诊或病房常见疾病,学生针对病例提出的问题,查找相关参考资料,每位学生发表意见,分小组讨论,最后带教老师进行总结性讲评。
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2 近岸往复海流能分析
根据以上假定,针对近岸往复海流能发电装置,分析如下[10]:
1)对海水流速和压力仅考虑一个周期内的平均流速,不考虑海水流速的变化.
同理,当海水沿-x方向流动时,从减缩通道2进入进水通道,从减缩通道4流入排水通道,从减缩通道3流出排水通道.在海水的推动下,阀体沿着上导轨和下导轨滑动到前缓冲框架处.由于阀体的阻挡以及横向通道和排水通道交界处流体的负压抽吸作用,形成了横向通道内的单向高速水流,经过导向叶片组驱动涡轮动叶片组顺时针转动,进而通过转轴驱动发电机发电,实现近岸海流能量的高效回收.
3)在海水驱动涡轮发电装置时,不考虑位能的变化,仅考虑动能和静压能的变化.
近岸海流能主要表现为海水的动能,本文仅考虑较长一段时间内海流速度和压力对发电设备性能参数影响,因而对近岸往复海流及发电设备通道内海水压力、速度及发电设备输出功率分析作以下假定:
进水通道的进出口为渐缩结构,可有效增加海水的输入动能;排水通道的进出口为渐缩结构,可在横向通道出口形成负压,增加横向通道进出口的压差.
海水在近岸的主要表现流动形式为海水的往复流动,当海水分别沿x方向或者-x方向流动时,海水流过横向通道的方向均相同,涡轮动叶片组均同一个方向旋转,因而提高了能量输出的稳定性和连续性.
Q1+Q2=QT
(1)
ρU1A1+ρU2A2=ρUTA2
(2)
Q1=Q3
(3)
ρU1A1=ρU3A3
(4)
其中:Q为质量流量,U为通道内流体的平均流速,A为通道的流通截面积,下标1、下标2和下标3分别表示进水通道、排水通道和横向通道,下标T表示总流量.
根据伯努利方程,分析横向通道进出口流体参数为:
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(5)
其中:p、U和α分别为流体的压力、速度和动能修正系数;下标i和o分别表示为通道的进口和出口,γ为海水容重,hio为进出口段阻力损失.
对于发电设备布置的横向通道可获得的总压头为:
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(6)
通过横向通道发电设备可获得最大功率为:
P=γQ3H3ioη
(7)
针对近岸海流速度分别为1 m/s、2 m/s和3 m/s时,渐缩通道面积比为2∶1,进水通道和排水通道截面积相等且为1 m2时,发电设备两端压差与进水通道平均流速关系如图3所示,发电设备的输出功率与进水通道平均流速关系如图4所示.
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图3 发电设备两端平均压差与进水流道平均流速
从图3中可以看出,对于相同的进水通道平均流速,随着近岸海流速度的增加,根据式(5)伯努利方程可知横向通道和排水通道交界处流体负压抽吸作用增加,横向通道进出口压差增加.对于相同的近岸海流速度,随着进水通道内平均流速的增加,静压力转化为动压力,因而发电设备进出口段压差减少.
从图4中可以看出,在对于相同的进水通道平均流速情况下,随着近岸海流速度的增加,发电设备的输出功率增加.当近岸海流速度较小时,发电设备的输出功率较小.当进水通道内海水平均速度为0.1~2 m/s时,发电设备的输出功率随着进水通道海水平均速度的增加,先增加后减少.当近岸海流速度较大时,发电设备的输出功率较大,当进水通道海水平均速度为0.1~2 m/s时,发电设备的输出功率随着进水通道海水平均速度的增加而增加.因而,对于较小流速的近岸海流,需要增加流通截面积;对于较高流速的近岸海流,需要提高进水通道海水的流速,因而需要减小涡轮发电机的转矩,提高涡轮发电机的转速,进而增加发电机的输出功率.
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图4 发电设备输出功率压差与进水流道平均流速
3 结论
1)本文介绍了一种近岸往复流同向推动涡轮发电设备,由进水通道、排水通道、横向通道和发电机组成,可将近岸海水的往复流动转化为涡轮的单向旋转,提高了能量输出的稳定性和连续性.
2)对于相同的进水通道平均流速,随着近岸海流速度的增加,发电设备的输出功率增加.
3)对于较小流速的近岸海流,需要增加流通截面积;对于较高流速的近岸海流,需要提高进水通道海水的流速,因而需要减小涡轮发电机的转矩,提高涡轮发电机的转速,进而增加发电机的输出功率.
参考文献:
[1] KIHO S,SHIONO M,SUZUKI K.The power generation from tidal currents by Darrieus turbine[J].Renewable Energy,1996,9(4):1242-1245.
[2] 盛其虎,罗庆杰,张 亮,40 kW潮流电站载体设计,中国可再生能源学会海洋能专业委员会第一届学术讨论会文集 [C]:杭州,2008:159-168.
[3] KHAN M j,BHUYAN G,IQBAL M t,et al.Hydrokinetic energy conversion systems and assessment of horizontal and vertical axis turbines for river and tidal applications:A technology Status Review[J].Applied Energy Journal,2009,86:1826-1835.
[4] LANG C.Harnessing tidal energy takes new turn [J].IEEE Spectrum,2003,40(9):13.
[5] PETER F.The tide turns for marine current turbines [J].International Water Power and Dam Constructions,2000,12(26):26-29.
[6] PETER F.Windmills below the sea:A commercial reality soon [J].Refocus,2004,15(2):46-48.
[7] 刘宏伟.水平轴海流能发电机械关键技术研究[D].杭州:浙江大学,2009.
[8] 童军杰,马晓茜.叶轮叶片数目对双通道海流能发电装置的影响[J].太阳能学报,2016,37(07):1884-1890.
[9] 童军杰,方运惠,马晓茜.叶轮转速对双通道海流能发电装置的影响[J].水力发电,2017,43(07):80-84+117
[10] 孔 珑.工程流体力学(第二版)[M].北京:水利水电出版社,1992.
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