大规模潮流能发电场多尺度水动力特性及耦合数值模拟研究

Tidal stream energy is one of important resources of renewable energy, and its reasonable exploration may help ease the energy crisis and environmental pollutions. It is ncessary to correctly estimate environmental impact and exploration potential of tidal stream farm before engineering project is finalized, and one of the key technologies is about the accessment of multi-scale coupling mechanism of hydrodynamics in large-scale tidal stream farm. This project aims to investigate the interaction of the turbine (single or group) and tidal flow by laboratory experiment and numerical simulation and to understand the impacts of tidal stream farm on the small-scale and large-scale tidal hydrodynamics, In the coupling model, FVCOM model is used for simulation of large-scale tidal hydrodynamics when CFD code is applied for small-scale hydrodynamics around the turibine. FVCOM and CFD models are coupled by exchanging the velocity field in the overlapping boundaries, and it will be applied to understand the demonstration project of tidal stream farm in Zhoushan, Zhejiang Province. The research results will provide guidelines and technical supports in the development of tidal stream farm.

潮流能作为可再生能源的重要来源之一，其合理开发和利用对缓解能源危机和改善环境污染问题具有重大意义。正确评估潮流能发电场的资源利用与海洋环境影响是科学开发利用潮流能的重要前提之一，其关键在于如何准确预测大规模潮流能发电场多尺度水动力特性。本项目采用物理模型试验和数值模拟计算相结合的研究方法，深入探讨恒定流和非恒定流条件下大规模潮流能发电场多尺度水动力特性，阐明动态水轮机（单台和机群）与潮流的相互作用机理及其对大范围海域水动力的影响机制。模型将采用FVCOM模拟大范围潮波动力演变过程，结合CFD精细描述涡轮机局部水动力特性（含水轮机叶片的动态模拟），通过流速在模型交界面数据交换实现FVCOM和CFD双向耦合，从而建立一套多尺度水动力耦合数学模型FVCOM-CFD，并结合浙江舟山潮流能示范工程开展应用研究，为潮流能资源的大规模开发和利用提供参考依据和有效工具，具有重要理论和工程应用价值。

潮流能作为可再生能源的重要来源之一，其合理开发和利用对缓解能源危机和改善环境污染问题具有重大意义。正确评估潮流能发电场的资源利用与海洋环境影响是科学开发利用潮流能的重要前提之一，其关键在于如何准确预测大规模潮流能发电场多尺度水动力特性。本项目采用物理模型试验和数值模拟计算相结合的研究方法，深入探讨不同来流条件下大规模潮流能发电场多尺度水动力特性，阐明单台和多台潮流能水轮机与潮流的相互作用机理及其对大范围海域水动力的影响机制。模型采用浅水方程模拟大范围潮波动力演变过程，结合Navier-Stokes精细描述涡轮机局部水动力特性（含水轮机叶片的动态模拟），建立多尺度水动力数学模型，并结合浙江舟山潮流能示范工程开展应用研究，为潮流能资源的大规模开发和利用提供参考依据和有效工具，具有重要理论和工程应用价值。项目研究成果发表8论文学术论文和授权2项发明专利。