[发明专利]一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源与动力工程、水利工程、海洋工程领域，具体涉及一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用方法及装置。

背景技术

我国海流能、低水头水能和风能总量大，但这类流体的能量密度低，所需能量转换设备巨大，制造安装复杂，成本高，维护困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用方法及装置，利用椭圆柱或圆柱绕流形成的压差，带动椭圆柱或圆柱体绕偏心轴摆动进而带动发电机发电，实现海流能、低水头水能和风能等低密度流体能量的机械能转化，从而实现海洋能、低水头水能和风能等清洁能源的开发利用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用装置，包括柱体，偏心转轴，柱体内部或外部与偏心转轴同轴安装的发电机。柱体的最佳短长轴比范围为b/a＝0.8-1，偏心转轴布置的位置r越大越好。

优选地，所述柱体为椭圆柱体或圆柱体。

优选地，所述柱体可竖直布置或水平布置。

优选地，所述发电机可与转轴同轴布置与柱体内部或外部。

本发明还提供了一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用方法，具体的：水流或者空气绕流柱体，在柱体两侧由于流动不均匀，从而形成压差，柱体在压差作用下实现摆动，将流体能量转换为机械能。

本发明具有以下有益效果：

增加清洁能源的利用，减少对化石燃料的依赖，有助于环境保护，提高低密度新能源的利用效率。

附图说明

图1为本发明实施例基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用装置的原理示意图。

图2为b/a＝0.8，r＝0.7椭圆柱体在流速U＝0.14m/s工况摆动角度随时间变化的曲线。

图3为表2所示周期内角速度与摆动角度关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量利用装置，包括柱体1，柱体1内部或外部与偏心转轴3同轴安装有发电机2，U为海流、水流或风的来流速度，ω为柱体摆动角速度绕轴顺时针和逆时针摆动，a为椭圆柱体截面的长半轴长，b为椭圆柱体截面的短半轴长，r为转轴距离椭圆柱体中心轴的距离，O为柱体的端面的中心。水流或者空气绕流椭圆柱体，在柱体两侧由于流动不均匀，从而形成压差，柱体在压差作用下实现摆动，从而实现将流体能量转换为机械能，柱体的最佳短长轴比范围为b/a＝0.8-1，偏心转轴布置的位置r越大越好。

所述柱体1为椭圆柱体或圆柱体。

所述柱体1可竖直布置或水平布置。

所述发电机2可与转轴同轴布置于柱体内部或外部。

在水槽中利用不同长宽比的椭圆柱体开展了实验，并测试了不同长短轴径和偏心距椭圆柱体和圆柱体的摆动规律，验证了该装置的可行性。

表1 为b/a＝0.8，r＝0.7椭圆柱体在流速U＝0.14m/s工况下摆动角度随时间变化的实验数据，以及不同摆动角度位置的角速度。

表2 一个摆动周期内角速度随摆动角度的变化数据

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。