导流罩式水平轴水轮机实验设计

张辉　王世明　杨志乾

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【摘 要】潮流能发电是利用潮流动能进行发电的一种方式。由于潮流能发电不需要修建堤坝，对环境影响较小，因此近些年来潮流能发电引起很多国家的重视，潮流能发电技术得以快速发展。本文从分析潮流能的特点入手，介绍了潮流能发电装置，重点介绍了测试导流罩式潮流能水轮机发电装置性能的实验设计方案。

【关键词】潮流能；水轮机；导流罩

【Abstract】The tidal current energy generation is a way of utilizing tide kinetic energy for power generation. Due to the tidal current power generation does not require the construction of dam， less impact on the environment， so in recent years many countries pay attention to the tidal current energy generation .Technology of tidal current energy generation has rapid development. Based on the analysis of the characteristics of tidal current energy paper introduces the device of tidal current energy generation ，focuses on the design of experiments to test experimental design of horizontal axis turbine for diversion type.

【Key words】Tide current energy； Turbine； Diversion

1 引言

1.1 潮流能特点

在地球、太阳和月亮的相互作用下，引发了海水潮起潮落的周期性变化。伴随这一状态的海水形成了两种各异的运动状态。海水的水平运动和垂直升降，分别叫做潮流和潮汐，从而形成了对应的两种能量。由潮流形成的动能为潮流能，有潮汐形成的势能为潮汐能，为分别利用这两种能量形成了两种发电装置，潮流能发电和潮汐能发电。前者的发电原理与风力发电相似，后者的发电原理与堤坝发电相似[1]。

与常规能源相比，潮流能有以下特点：

1）潮流能是一种可再生的清洁能源；

2）与常规能源相比，其能量密度较低，但其远远大于太阳能和风能等，且其储量较大；

3）与海流能不同，潮流能是一种随空间、时间变化的能源。但其变化有规律可循，并可提前预测预报；

4）潮流能发电不需要拦海造坝，且发电机组通常浸没在海中，对海洋生物影响较小，也不会对环境产生污染。不存在常规水电建设中占用农田等诸多问题。

1.2 潮流能获能系统分类

近几十年来，人们提出了各式各样的潮流能获取系统，大部分为旋转类水轮机，又由于潮流能发电和风力发电都是利用流体的动能发电，故许多潮流能获取装置的灵感来自于各类风机，采用了许多类似于风机的结构[2]。目前，世界上主要潮流能获取装置可以按图1大致分类：

在图1中所示的各类潮流能获取装置中，以水平轴潮流能水轮机应用最为广泛，竖直轴次之。本文将以水平轴中导流罩式潮流能水轮机为例，重点介绍其实验原理。

2 导流罩式水平轴潮流能水轮机

2.1 导流罩的工作原理

导流罩的概念来源于风力机扩散器，是一种安装在风力机叶轮外部的集流装置，使风轮附近产生负压，增加了风轮对周围气流的抽吸作用，提高了风力机结构能量利用率系数。导流罩的原理与扩散器相似，就是利用导流罩壁面线形对周围流场的干扰，让更多的流体流入罩内，提高罩内流速，将轮机置于导流罩内部，就相当于增加了来流速度，从而提高了轮机的功率。导流罩通常有三段组成：收缩段，扩张段、直线段。其中收缩段和扩张段是导流罩的重要条件，它们不仅使来流均匀加速，且可以提高直线段的流体品质，即改善流场的均匀性、稳定性[3]。

2.2 导流罩设计原则

导流罩设计基于5条原则：1）轮机前方水流的平均流速比来流大；2）导流罩阻力小；3）轮机前方流速均匀；4）结构简单，便于制造；5）上述原则冲突时，水动力性能优先，易于制造次之。

关于导流罩的线型设计相关成果比较多，目前被实际采用较多的优秀线型方案为维氏曲线型和双三次曲线型两种。

2.3 水轮机的结构

该水轮机是在水平轴水轮机转子叶轮外面增加一个导流罩。导流装置利用文丘里管的进出口大小的差异形成压力差运行，具有导流、聚能的作用，可以使通过水轮机的水流能量更加集中，获能效果更高能够充分利用不同方向的水流[4-6]。

此水轮机的水动力性能的重要指标为获能系数Cp，而海水来流速度是影响轮机性能表达的关键因素之一。参考国内外较为成熟的竖直轴潮流轮机和风力机理论分析，卧式轮机获能系数Cp、实密度σ 和尖速比TSR 可表达如下：

P为卧式轮机功率；？籽为水流密度；A 为轮机迎流面积；V为水流速度；Q为轮机转矩；？棕为轮机角速度；z为叶片个数；C为叶片弦长；D为轮机直径；R为轮机半径；N 为轮机转速。

该水轮机由叶片、叶轮转子、导流罩及其他支架组成。潮流推动叶轮转动，带动发电机进行发电。

3 水槽方案设计

以海洋环境监测实验水槽为实验装置，实验水槽可以模拟海水流速，水槽上面设有行车，行车以给定的速度行走，这相当于导流罩潮流能水轮机相对静止，水流以给定的速度流过，这样来模拟现场的海洋状况，被测的仪器挂于行车下面来测定参数[7]。现以相同的叶片尺寸和数量，不同的来流速度引起的获能系数C为出发点，设计水槽实验方案。

【摘 要】本国（本土）的法律传统与面临的现代性转向以双向思维，即平等协商的方式达至一种微妙的平衡。东西方法律传统内均有的“为善”、“良知”、“人性”等概念是构筑社会变革模型中的基础共通性参数，法律制度如何移植方才能不产生排异反应，关键就在于对本土法律资源的合理使用与激活。制度并不能保证社会的良性运转，处于过渡期的国民需要的是对公平正义的一致信念。

【关键词】法律移植；本土法制资源；英租威海卫；德占胶；民事诉讼

【Abstract】The concepts of benevolence， conscience， humanity and so on， which embody in both western and eastern traditional legal system are the basic commonality parameter to build a social transformation model. The key to transplant legal system without any rejection reaction is to rationally use and activate the locally legal resources. However， the system cannot guarantee the smooth operation of society， but people in transitional period should have unanimous belief of equity and justice.

【Key words】Legal transplant； National traditional legal system； Weihaiwei colony； Jiaoao colony； Civil suit

0 前言

近些年来，在我国完善民事诉讼制度的潮流中，法律界在认真反思我国民事司法中的种种缺憾的同时，普遍将兴趣转向了域外的法制资源，希冀借助对发达国家民诉机制的吸收与移植，为我国司法改革注入新鲜血液。不过，西方国家的法律制度毕竟发端于特定的西方社会，所能发挥的最大功效也仅限于斯。每一类具体诉讼程序的背后，都蕴含着独特的人文色彩。如何遴选出符合我国发展要求的程序机制并加以可操作的改造，成为中国法律人不得不思索的一大难题。颇为微妙的是，百年前的英国、德国殖民者们初次进入完全陌生且纷繁复杂的传统中国土地时，也为怎能将与之几乎格格不入的程序制度植入这典型的乡土农耕社会而困扰。这里，笔者将以一种逆向的研究视角，即外来法律制度“本土化”的角度，通过威海和青岛两地成为租借地时期的史料分析，解析英德两国如何对向两地移植的民事诉讼制度作出调整，得以较为成功地减轻了制度变革的阵痛，顺应了当时社会商品经济发展的潮流。此前，有必要介绍的是19世纪英国、德国自身也分别经历的一场划时代的民事司法革新，即便是远离本土的威、胶两地，民诉法制建设也深受此次改革的影响。

1 英国民事诉讼制度在山东租借地的“本土化”进程

1.1 19世纪英国民事诉讼制度改革简介

自19世纪30年代伊始，老成谋国的英国人开始了近一个世纪的循序渐进的民事司法及诉讼制度改革，逐步确立了一整套完善缜密、可操作性强的民事程序制度。这场改革主要包括以下核心内涵，而这些内容也几乎能原封不动地从日后英租威海卫民事司法体例与民事诉讼中提炼出来：

1）统一司法权，规范各类司法组织，明确划分各法院管辖权，避免交叉管辖。成立枢密院司法委员会总揽大不列颠及北爱尔兰联合王国和各海外殖民地、自治领的上诉案件；

2）简化诉讼程序，裁汰不必要的诉讼环节。废除令状制度，起诉材料规范但力求简约。提高法院审判效率，避免案件积压，但保留重视程序的法治原则；

3）规定合理的诉讼费用，禁止法官及法院职员收受、索取额外费用，同时严惩贪腐行径。

4）对书面材料、判决书等要式要求较为宽松，判决内常引经据典，形式较为散漫。

经过这次完全的民事诉讼程序的改革，英国的民事司法制度步入了一个蕴含自由民主平等思想的新时代，基本完成了民事法律制度的现代化。这也让法治观念真正深入社会生活。诞生于改革的现代化的司法机制为英国民主制度的发展奠定了坚实的基础，而这次改革的余晖，也不遗余力地照耀在远在天涯的威海卫。

1.2 英租威海卫时期的民事诉讼制度简述与比较分析

总体而言，英租时期的威海卫内存在着一种二元法律体制，区别于英国本土的普通法与衡平法分立的二元法律结构，该制度包含着一些无奈的因素，这并非是一个刻意设计、精巧计算的结果，而是“徘徊于东西方之间”①的产物。本性趋于保守的英国人不大可能也没有必要强行推行不切实际的法制，这样可能带来的社会动荡与大英帝国声誉扫地的隐患更值得担心。所幸的是，这套二元体制成功地完成了它的任务，它不仅维系了当地的稳定，更是促进了威海港商品经济的发展，各位行政长官颇受爱戴，大英帝国的名誉也没有受到任何冲击。

1.2.1 民事司法组织与司法人员

1901年英国设立威海行政公署，做为租借地最高管理机构。行政公署下设正副华务司作为行使司法权的主要机关，其中正华务司主管审理民事案件，亦分管财政、民政、文案、狱政等行政事务，且正副华务司长官同时兼任南北两大行政区行政长官。从英国法制在威海卫“本土化”的角度，这套体制始终带着源自英国的烙印，19世纪的英国本土司法改革的一点核心内容即是统一司法权，建构司法的中央集权制度，分明法院管辖权限，法院体系结构简单，同时对法官素质的要求也颇高。行政与司法权集中于长官一人之手，司法并不独立与行政政治，或多或少承担着维系社会稳定的职能。

2.2.1 民事司法组织与司法人员

德国人登陆之初，即在胶澳湾地区设立了区公所这一极富殖民色彩的司法体制。与该制度所配合的是，胶澳总督在1898年5月即宣布胶澳境内“中国法律照旧施行，以治华人”。一份落款为1898年4月15日的文件显示，租借区以内在青岛李村两处设立地方官署，专理华人词讼。区公所的行政长官由德国人担任，据1898年度的《胶澳发展备忘录》所载，三名德国见习翻译到达青岛，首先完成语言训练。他们同时审理华人的民事与刑事案件，职权近似于德国正式法庭和陪审法庭。行政长官在宣誓就职时，要发誓成为一名“妥善之地方官也”。此外，区公所在受理的案件上也有严格的限制，只能受理民事中诉讼标的额小的或者承担刑事责任较轻的案件，其余则要归胶澳皇家法院受理。民事诉讼中物产钱债则管至二百五十元，如果在二百五十元以上则要归胶澳皇家法院受理。值得注意的是似乎德国人对如何在具体程序操作中治理远东的这片土地基本达成了一项共识，“在许多事务上，法律要考虑当地的关系，因此只能在这里起草和征求意见，而不是在本国。”

2.2.2 一般诉讼流程

在德租胶澳湾地区的诉讼制度中非常明显地被打上了其本国的1877年《帝国诉讼法》核心内核的烙印，胶澳皇家法院自不用多叙，但即使是在为华民而设的区公所，所体现的言辞主义也比较明显。如除特殊情况下，当事人不得在诉讼过程中委托全权代表，须亲自出庭应诉；审判结果公开，区公所的行政长官对于处以监禁三个月、笞责、罚金至五百元或单罚或连罚并可驱逐出境外，所处判决须向被告人公开宣告，让被告人知悉判决。对于判决书要装订卷宗，并且把证人证词等书面法律文件录入卷宗；保障当事人不服判决时的上诉权，不过该项权利受行政长官的限制；民事诉讼中，对诬告者实行反坐，一般处以罚款或劳役。另外，所有涉及到可能罚款的案件都需要缴纳“堂费”，即所谓的诉讼费，对于涉及到金钱的案件，原告须预交诉讼费，诉讼费按照所控数额的百分之二收取，但是胶澳皇家法院至少以十元为限，区公所以一元为限。由败诉方承担诉讼费用，其赔还原告并且区公所的行政长官有权减免当事人所应当缴纳的诉讼费。

德意志帝国在胶澳湾地区成功地建立起了一套成功的“现代化”民事诉讼法制模式，反向而言即是使胶澳地区较为成功地接受了德意志本土民事诉讼制度，日耳曼人借鉴了他们自身继受罗马法的经验，不急于清除当地的原有的法律制度与社会规范的同时，积极主动地探寻一种能顺应当地商品经济发展、适应同化华民的新的法律秩序，也通过社会政策抵消民众对殖民行径的反感，更主要的是由于德国对胶澳湾的高投入极大地刺激了当地经济的发展，迫不及待地投身工商业发展的人们对诉讼程序高效的渴求甚至超过了公正本身，在商品经济的大潮中传统社会土崩瓦解，一套全新的法律体系需要与社会磨合的时间较少。纵然如此，德国殖民当局还是因其较为严厉的统治手腕，残酷的殖民掠夺，对华人的歧视态度在历史上留下了毁誉参半的名声。殖民色彩浓厚的法律制度，势必与历史大潮相悖，纵然再“进步科学”，终究不能获得真正的认可。

3 启示与借鉴

英、德殖民当局清醒地意识到强行将外来的民事诉讼法律制度嫁接至传统乡土社会的结局必然是民众作为或不作为的抵制，祖祖辈辈接受“礼治”思想的传统中国国民并不在乎甚至不会察觉所谓“程序正义”，一个合理的、符合皇帝圣谕与道德伦常的判决对于他们而言即是满意的结果。费孝通先生如此描绘道：生于斯、长于斯、死于斯的社会所信赖的是公认合式的行为规范，而维持“礼”这一行为规范的是社会所积累的经验——传统。德国与英国发觉这一关键后做出了不同的对策，雄心勃勃的德国人向胶澳湾投注了大量资金与人力后掀起当地资本主义经济发展的狂潮，在商品经济与雇佣劳动将传统乡土社会连同传统行为规范冲击得体无完肤后，推出一整套合理高效的诉讼体制，并将“西人”与华民分而治之，从而巧妙地用一次剧烈且全面的社会变革化解了当地居民对新的法律制度的抵触。而资金、人力投入都相对较少的英租威海卫，治理殖民地经验丰富英国人选择了顺应乡土社会及其行为规范的方式，拾起中国的惊堂木与杀威棒，以村董制借助氏族长老的权威治理地方，在诉讼过程中重视调解，在判决中加入道德教化，在东西方之间保持着微妙的平衡，奠定了威海卫三十余年平稳安定的社会基调。从法律移植的宏观维度层面观察，二者殊途同归。

本国（本土）的法律传统与面临的现代性转向以双向思维，即平等协商的方式达至一种微妙的平衡。概括而言，是用本国国民能够接受的传统方式表现现代的法治精神，当这种精神被完全领悟后再对之做出以现代形态的表达。这种循序渐进的方式成本低廉，产生的社会阵痛感相对较轻。一个有远见并不断发展的民族不会害怕社会变革。转型期，新的经济、政治、社会因素的涌现时常挑战相对滞后的法律，若法律不因时而变，社会中机会型违法将与日俱增，传统的道德因素也将受到质疑，这对一个民族的精神内核来说无疑是一种不可逆的破坏。然而若其他国家或地区也曾经受过类似的考验，那么充分借鉴相关经验则显得尤为重要。但单纯地制度移植不能解决根本问题，最初受到变革挑战的国家并无先例可循，人类先辈的探索势必是以其所处时空维度的社会土壤、文化元素为参考，借鉴并接受的仅仅是一种创造性思路。当然东西方法律传统内均有的“为善”、“良知”、“人性”等概念则是构筑社会变革模型中的基础共通性参数，但法律制度如何移植方才能不产生排异反应，关键就在于对本土法律资源的合理使用与激活。

【参考文献】

[1]程汉大.英国法制史[M].齐鲁书社，2001.

[2]张志超.英租威海卫时期的民事诉讼制度[J].司法，2009（4）.

[3]威海市档案馆馆藏.关于土地纠纷的调查处理.档号229-1-500.

[4][德]余凯思，国家清史编纂委员会，编译.在“模范殖民地”胶州湾的统治与抵抗[M].山东大学出版社，2005.

[5]青岛市档案馆编.青岛开埠十七年—《胶澳发展备忘录》全译.中国档案出版社，2007.

[6]谋乐.青岛全书（上卷）[M].青岛印书局，1914.

注释：

①张志超.徘徊于东西方之间：英租威海卫时期的法治[J].开放时代，2009（2）：40.

[责任编辑：王伟平]