潮流能是一種清潔可再生的海洋能資源，由于其具有較強的可預測性，所以在海洋能開發(fā)過程中受到廣泛的關(guān)注。利用水輪機獲取潮流能過程中，引起了局部海域的水動力特性變化，尤其是水輪機下游出現(xiàn)水流速度減小，紊動強度增加，即產(chǎn)生尾流區(qū)。將會進一步影響其它水輪機的獲能性能和運行穩(wěn)定性。因此，研究水輪機下游尾流結(jié)構(gòu)特征和衰減過程是優(yōu)化水輪機機組獲能性能的前提。

由于近岸和河口區(qū)域的水深有限，加之水流速度在垂向上非均勻分布，所以水輪機轉(zhuǎn)輪直徑與水深比是影響尾流衰減的一個關(guān)鍵因素。陳婭玲副教授及合作者在清華大學水沙科學與工程國家重點實驗室開展一系列的水槽實驗，研究葉輪直徑與水深比(D/H)對潮流能水輪機獲能特性和水動力特征的影響，包括葉輪的推力系數(shù)、三維尾流結(jié)構(gòu)、紊動強度和雷諾切應力。

研究結(jié)果

研究結(jié)果顯示，D/H對潮流水輪機的獲能性能影響有限，但是較大的D/H引起水輪機獲能的不穩(wěn)定。不同的D/H產(chǎn)生的尾流結(jié)構(gòu)相似，而尾流核心區(qū)的速度虧損隨著D/H增加而增大，并且尾流邊界層更加紊亂，在尾流衰減過程中進一步擴散(圖1)。較強的紊動產(chǎn)生在剪切層中，垂向上紊動耗散速度并不均勻。對于較小的D/H，紊動耗散自上而下逐漸加強;對于較大D/H，紊動耗散初期先向兩側(cè)擴展，再沿垂向由下而上逐漸耗散(圖2)。不同的D/H，剪切層中的雷諾切應力分布特征相近。較小的D/H，切應力在尾流近區(qū)單調(diào)遞減;而較大的D/H，切應力在下游3倍轉(zhuǎn)輪直徑的距離內(nèi)增加，然后開始衰減。也就是說隨著D/H增加，下游尾流主要的混摻區(qū)向下游推移(圖3)。