为了解决灌溉管道自动化监测系统的供电问题,设计了一种小型管道水力发电系统,利用管道内高速水流带动水轮机转动进行发电,并将电流存储于蓄电池中,以延长设备工作时间并减少更换电池所需的人工成本.根据传统水轮机叶片结构及管道水流的特点,设计了在管径100 mm,流速1.5 m/s,管道压力200 kPa条件下运行的叶轮结构.利用SOLIDWORKS软件建立了同结构水轮机三维模型,更改水机叶片数量与转角并导入流体仿真软件FLUENT中采用动网格模型进行仿真实验.据此,计算不同结构下的叶轮转速,后利用此转速进行水轮机稳定运行计算,并进行性能预测与内部流场分析.通过计算对比,选取6叶片,转角53°的叶轮模型作为最优模型.此时,水轮机转速可达580 r/min,输出功率35 W,水头损失0.356 m,输出效率82.5％.研究结果表明,此类小型水力发电系统水轮机可利用管道水流提供能量,输出能量可满足小型管道自动监测系统的充电需求.
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