阿基米德螺旋水动力涡轮(AST)是一种有前景的技术,适用于低速、双向流动的浅层可再生能源发电,但其扭矩生成机制仍未得到充分理解。本研究利用计算流体动力学(CFD)探讨了一种倾斜30°的三翼AST的性能和扭矩产生机制,以及之前实验中考察的两种配置。使用ANSYS Fluent进行瞬态仿真,采用滑模网格和流动引起的旋转方法,在瞬态雷诺平均纳维-斯托克斯框架内结合SST k-ω湍流模型。结果表明,压力力主导了扭矩生成,而粘性贡献相对较小。重要的是,这种行为出现在约4.5 × 10^4的较低雷诺数下,表明雷诺数的依赖性在实际应用中远低于预期时变得微弱。对于第一种配置,涡轮上游边缘位于自由表面,CFD模型预测最大功率系数为0.85,刀尖速度比为1.50,而实验值为0.40,在0.53时。对于第二种配置,涡轮下游边缘位于自由表面,相应的最大功率系数为0.82,刀尖速度比为1.51,实验观察到的值为0.34,在0.54时。仿真还捕捉到强烈的周期性扭矩变化;两个配置下的最大扭矩变化超过平均值的三倍。气蚀与压力系数的比较表明,在实验流速下气蚀几乎不可能,但在更高的速度下可能出现气蚀。
Temitope等(周)研究了这个问题。