導流罩式水平軸水輪機實驗設計

張輝　王世明　楊志乾

【摘 要】潮流能發電是利用潮流動能進行發電的一種方式。由于潮流能發電不需要修建堤壩，對環境影響較小，因此近些年來潮流能發電引起很多國家的重視，潮流能發電技術得以快速發展。本文從分析潮流能的特點入手，介紹了潮流能發電裝置，重點介紹了測試導流罩式潮流能水輪機發電裝置性能的實驗設計方案。

【關鍵詞】潮流能；水輪機；導流罩

【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 潮流能特點

在地球、太陽和月亮的相互作用下，引發了海水潮起潮落的周期性變化。伴隨這一狀態的海水形成了兩種各異的運動狀態。海水的水平運動和垂直升降，分別叫做潮流和潮汐，從而形成了對應的兩種能量。由潮流形成的動能為潮流能，有潮汐形成的勢能為潮汐能，為分別利用這兩種能量形成了兩種發電裝置，潮流能發電和潮汐能發電。前者的發電原理與風力發電相似，后者的發電原理與堤壩發電相似[1]。

與常規能源相比，潮流能有以下特點：

1）潮流能是一種可再生的清潔能源；

2）與常規能源相比，其能量密度較低，但其遠遠大于太陽能和風能等，且其儲量較大；

3）與海流能不同，潮流能是一種隨空間、時間變化的能源。但其變化有規律可循，并可提前預測預報；

4）潮流能發電不需要攔海造壩，且發電機組通常浸沒在海中，對海洋生物影響較小，也不會對環境產生污染。不存在常規水電建設中占用農田等諸多問題。

1.2 潮流能獲能系統分類

近幾十年來，人們提出了各式各樣的潮流能獲取系統，大部分為旋轉類水輪機，又由于潮流能發電和風力發電都是利用流體的動能發電，故許多潮流能獲取裝置的靈感來自于各類風機，采用了許多類似于風機的結構[2]。目前，世界上主要潮流能獲取裝置可以按圖1大致分類：

在圖1中所示的各類潮流能獲取裝置中，以水平軸潮流能水輪機應用最為廣泛，豎直軸次之。本文將以水平軸中導流罩式潮流能水輪機為例，重點介紹其實驗原理。

2 導流罩式水平軸潮流能水輪機

2.1 導流罩的工作原理

導流罩的概念來源于風力機擴散器，是一種安裝在風力機葉輪外部的集流裝置，使風輪附近產生負壓，增加了風輪對周圍氣流的抽吸作用，提高了風力機結構能量利用率系數。導流罩的原理與擴散器相似，就是利用導流罩壁面線形對周圍流場的干擾，讓更多的流體流入罩內，提高罩內流速，將輪機置于導流罩內部，就相當于增加了來流速度，從而提高了輪機的功率。導流罩通常有三段組成：收縮段，擴張段、直線段。其中收縮段和擴張段是導流罩的重要條件，它們不僅使來流均勻加速，且可以提高直線段的流體品質，即改善流場的均勻性、穩定性[3]。

2.2 導流罩設計原則

導流罩設計基于5條原則：1）輪機前方水流的平均流速比來流大；2）導流罩阻力??；3）輪機前方流速均勻；4）結構簡單，便于制造；5）上述原則沖突時，水動力性能優先，易于制造次之。

關于導流罩的線型設計相關成果比較多，目前被實際采用較多的優秀線型方案為維氏曲線型和雙三次曲線型兩種。

2.3 水輪機的結構

該水輪機是在水平軸水輪機轉子葉輪外面增加一個導流罩。導流裝置利用文丘里管的進出口大小的差異形成壓力差運行，具有導流、聚能的作用，可以使通過水輪機的水流能量更加集中，獲能效果更高能夠充分利用不同方向的水流[4-6]。

此水輪機的水動力性能的重要指標為獲能系數Cp，而海水來流速度是影響輪機性能表達的關鍵因素之一。參考國內外較為成熟的豎直軸潮流輪機和風力機理論分析，臥式輪機獲能系數Cp、實密度σ 和尖速比TSR 可表達如下：

P為臥式輪機功率；？籽為水流密度；A 為輪機迎流面積；V為水流速度；Q為輪機轉矩；？棕為輪機角速度；z為葉片個數；C為葉片弦長；D為輪機直徑；R為輪機半徑；N 為輪機轉速。

該水輪機由葉片、葉輪轉子、導流罩及其他支架組成。潮流推動葉輪轉動，帶動發電機進行發電。

3 水槽方案設計

以海洋環境監測實驗水槽為實驗裝置，實驗水槽可以模擬海水流速，水槽上面設有行車，行車以給定的速度行走，這相當于導流罩潮流能水輪機相對靜止，水流以給定的速度流過，這樣來模擬現場的海洋狀況，被測的儀器掛于行車下面來測定參數[7]?，F以相同的葉片尺寸和數量，不同的來流速度引起的獲能系數C為出發點，設計水槽實驗方案。

【摘 要】本國（本土）的法律傳統與面臨的現代性轉向以雙向思維，即平等協商的方式達至一種微妙的平衡。東西方法律傳統內均有的“為善”、“良知”、“人性”等概念是構筑社會變革模型中的基礎共通性參數，法律制度如何移植方才能不產生排異反應，關鍵就在于對本土法律資源的合理使用與激活。制度并不能保證社會的良性運轉，處于過渡期的國民需要的是對公平正義的一致信念。

【關鍵詞】法律移植；本土法制資源；英租威海衛；德占膠；民事訴訟

【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

近些年來，在我國完善民事訴訟制度的潮流中，法律界在認真反思我國民事司法中的種種缺憾的同時，普遍將興趣轉向了域外的法制資源，希冀借助對發達國家民訴機制的吸收與移植，為我國司法改革注入新鮮血液。不過，西方國家的法律制度畢竟發端于特定的西方社會，所能發揮的最大功效也僅限于斯。每一類具體訴訟程序的背后，都蘊含著獨特的人文色彩。如何遴選出符合我國發展要求的程序機制并加以可操作的改造，成為中國法律人不得不思索的一大難題。頗為微妙的是，百年前的英國、德國殖民者們初次進入完全陌生且紛繁復雜的傳統中國土地時，也為怎能將與之幾乎格格不入的程序制度植入這典型的鄉土農耕社會而困擾。這里，筆者將以一種逆向的研究視角，即外來法律制度“本土化”的角度，通過威海和青島兩地成為租借地時期的史料分析，解析英德兩國如何對向兩地移植的民事訴訟制度作出調整，得以較為成功地減輕了制度變革的陣痛，順應了當時社會商品經濟發展的潮流。此前，有必要介紹的是19世紀英國、德國自身也分別經歷的一場劃時代的民事司法革新，即便是遠離本土的威、膠兩地，民訴法制建設也深受此次改革的影響。

1 英國民事訴訟制度在山東租借地的“本土化”進程

1.1 19世紀英國民事訴訟制度改革簡介

自19世紀30年代伊始，老成謀國的英國人開始了近一個世紀的循序漸進的民事司法及訴訟制度改革，逐步確立了一整套完善縝密、可操作性強的民事程序制度。這場改革主要包括以下核心內涵，而這些內容也幾乎能原封不動地從日后英租威海衛民事司法體例與民事訴訟中提煉出來：

1）統一司法權，規范各類司法組織，明確劃分各法院管轄權，避免交叉管轄。成立樞密院司法委員會總攬大不列顛及北愛爾蘭聯合王國和各海外殖民地、自治領的上訴案件；

2）簡化訴訟程序，裁汰不必要的訴訟環節。廢除令狀制度，起訴材料規范但力求簡約。提高法院審判效率，避免案件積壓，但保留重視程序的法治原則；

3）規定合理的訴訟費用，禁止法官及法院職員收受、索取額外費用，同時嚴懲貪腐行徑。

4）對書面材料、判決書等要式要求較為寬松，判決內常引經據典，形式較為散漫。

經過這次完全的民事訴訟程序的改革，英國的民事司法制度步入了一個蘊含自由民主平等思想的新時代，基本完成了民事法律制度的現代化。這也讓法治觀念真正深入社會生活。誕生于改革的現代化的司法機制為英國民主制度的發展奠定了堅實的基礎，而這次改革的余暉，也不遺余力地照耀在遠在天涯的威海衛。

1.2 英租威海衛時期的民事訴訟制度簡述與比較分析

總體而言，英租時期的威海衛內存在著一種二元法律體制，區別于英國本土的普通法與衡平法分立的二元法律結構，該制度包含著一些無奈的因素，這并非是一個刻意設計、精巧計算的結果，而是“徘徊于東西方之間”①的產物。本性趨于保守的英國人不大可能也沒有必要強行推行不切實際的法制，這樣可能帶來的社會動蕩與大英帝國聲譽掃地的隱患更值得擔心。所幸的是，這套二元體制成功地完成了它的任務，它不僅維系了當地的穩定，更是促進了威海港商品經濟的發展，各位行政長官頗受愛戴，大英帝國的名譽也沒有受到任何沖擊。

1.2.1 民事司法組織與司法人員

1901年英國設立威海行政公署，做為租借地最高管理機構。行政公署下設正副華務司作為行使司法權的主要機關，其中正華務司主管審理民事案件，亦分管財政、民政、文案、獄政等行政事務，且正副華務司長官同時兼任南北兩大行政區行政長官。從英國法制在威海衛“本土化”的角度，這套體制始終帶著源自英國的烙印，19世紀的英國本土司法改革的一點核心內容即是統一司法權，建構司法的中央集權制度，分明法院管轄權限，法院體系結構簡單，同時對法官素質的要求也頗高。行政與司法權集中于長官一人之手，司法并不獨立與行政政治，或多或少承擔著維系社會穩定的職能。

2.2.1 民事司法組織與司法人員

德國人登陸之初，即在膠澳灣地區設立了區公所這一極富殖民色彩的司法體制。與該制度所配合的是，膠澳總督在1898年5月即宣布膠澳境內“中國法律照舊施行，以治華人”。一份落款為1898年4月15日的文件顯示，租借區以內在青島李村兩處設立地方官署，專理華人詞訟。區公所的行政長官由德國人擔任，據1898年度的《膠澳發展備忘錄》所載，三名德國見習翻譯到達青島，首先完成語言訓練。他們同時審理華人的民事與刑事案件，職權近似于德國正式法庭和陪審法庭。行政長官在宣誓就職時，要發誓成為一名“妥善之地方官也”。此外，區公所在受理的案件上也有嚴格的限制，只能受理民事中訴訟標的額小的或者承擔刑事責任較輕的案件，其余則要歸膠澳皇家法院受理。民事訴訟中物產錢債則管至二百五十元，如果在二百五十元以上則要歸膠澳皇家法院受理。值得注意的是似乎德國人對如何在具體程序操作中治理遠東的這片土地基本達成了一項共識，“在許多事務上，法律要考慮當地的關系，因此只能在這里起草和征求意見，而不是在本國?！?/p>

2.2.2 一般訴訟流程

在德租膠澳灣地區的訴訟制度中非常明顯地被打上了其本國的1877年《帝國訴訟法》核心內核的烙印，膠澳皇家法院自不用多敘，但即使是在為華民而設的區公所，所體現的言辭主義也比較明顯。如除特殊情況下，當事人不得在訴訟過程中委托全權代表，須親自出庭應訴；審判結果公開，區公所的行政長官對于處以監禁三個月、笞責、罰金至五百元或單罰或連罰并可驅逐出境外，所處判決須向被告人公開宣告，讓被告人知悉判決。對于判決書要裝訂卷宗，并且把證人證詞等書面法律文件錄入卷宗；保障當事人不服判決時的上訴權，不過該項權利受行政長官的限制；民事訴訟中，對誣告者實行反坐，一般處以罰款或勞役。另外，所有涉及到可能罰款的案件都需要繳納“堂費”，即所謂的訴訟費，對于涉及到金錢的案件，原告須預交訴訟費，訴訟費按照所控數額的百分之二收取，但是膠澳皇家法院至少以十元為限，區公所以一元為限。由敗訴方承擔訴訟費用，其賠還原告并且區公所的行政長官有權減免當事人所應當繳納的訴訟費。

德意志帝國在膠澳灣地區成功地建立起了一套成功的“現代化”民事訴訟法制模式，反向而言即是使膠澳地區較為成功地接受了德意志本土民事訴訟制度，日耳曼人借鑒了他們自身繼受羅馬法的經驗，不急于清除當地的原有的法律制度與社會規范的同時，積極主動地探尋一種能順應當地商品經濟發展、適應同化華民的新的法律秩序，也通過社會政策抵消民眾對殖民行徑的反感，更主要的是由于德國對膠澳灣的高投入極大地刺激了當地經濟的發展，迫不及待地投身工商業發展的人們對訴訟程序高效的渴求甚至超過了公正本身，在商品經濟的大潮中傳統社會土崩瓦解，一套全新的法律體系需要與社會磨合的時間較少?？v然如此，德國殖民當局還是因其較為嚴厲的統治手腕，殘酷的殖民掠奪，對華人的歧視態度在歷史上留下了毀譽參半的名聲。殖民色彩濃厚的法律制度，勢必與歷史大潮相悖，縱然再“進步科學”，終究不能獲得真正的認可。

3 啟示與借鑒

英、德殖民當局清醒地意識到強行將外來的民事訴訟法律制度嫁接至傳統鄉土社會的結局必然是民眾作為或不作為的抵制，祖祖輩輩接受“禮治”思想的傳統中國國民并不在乎甚至不會察覺所謂“程序正義”，一個合理的、符合皇帝圣諭與道德倫常的判決對于他們而言即是滿意的結果。費孝通先生如此描繪道：生于斯、長于斯、死于斯的社會所信賴的是公認合式的行為規范，而維持“禮”這一行為規范的是社會所積累的經驗——傳統。德國與英國發覺這一關鍵后做出了不同的對策，雄心勃勃的德國人向膠澳灣投注了大量資金與人力后掀起當地資本主義經濟發展的狂潮，在商品經濟與雇傭勞動將傳統鄉土社會連同傳統行為規范沖擊得體無完膚后，推出一整套合理高效的訴訟體制，并將“西人”與華民分而治之，從而巧妙地用一次劇烈且全面的社會變革化解了當地居民對新的法律制度的抵觸。而資金、人力投入都相對較少的英租威海衛，治理殖民地經驗豐富英國人選擇了順應鄉土社會及其行為規范的方式，拾起中國的驚堂木與殺威棒，以村董制借助氏族長老的權威治理地方，在訴訟過程中重視調解，在判決中加入道德教化，在東西方之間保持著微妙的平衡，奠定了威海衛三十余年平穩安定的社會基調。從法律移植的宏觀維度層面觀察，二者殊途同歸。

本國（本土）的法律傳統與面臨的現代性轉向以雙向思維，即平等協商的方式達至一種微妙的平衡。概括而言，是用本國國民能夠接受的傳統方式表現現代的法治精神，當這種精神被完全領悟后再對之做出以現代形態的表達。這種循序漸進的方式成本低廉，產生的社會陣痛感相對較輕。一個有遠見并不斷發展的民族不會害怕社會變革。轉型期，新的經濟、政治、社會因素的涌現時常挑戰相對滯后的法律，若法律不因時而變，社會中機會型違法將與日俱增，傳統的道德因素也將受到質疑，這對一個民族的精神內核來說無疑是一種不可逆的破壞。然而若其他國家或地區也曾經受過類似的考驗，那么充分借鑒相關經驗則顯得尤為重要。但單純地制度移植不能解決根本問題，最初受到變革挑戰的國家并無先例可循，人類先輩的探索勢必是以其所處時空維度的社會土壤、文化元素為參考，借鑒并接受的僅僅是一種創造性思路。當然東西方法律傳統內均有的“為善”、“良知”、“人性”等概念則是構筑社會變革模型中的基礎共通性參數，但法律制度如何移植方才能不產生排異反應，關鍵就在于對本土法律資源的合理使用與激活。

【參考文獻】

[1]程漢大.英國法制史[M].齊魯書社，2001.

[2]張志超.英租威海衛時期的民事訴訟制度[J].司法，2009（4）.

[3]威海市檔案館館藏.關于土地糾紛的調查處理.檔號229-1-500.

[4][德]余凱思，國家清史編纂委員會，編譯.在“模范殖民地”膠州灣的統治與抵抗[M].山東大學出版社，2005.

[5]青島市檔案館編.青島開埠十七年—《膠澳發展備忘錄》全譯.中國檔案出版社，2007.

[6]謀樂.青島全書（上卷）[M].青島印書局，1914.

注釋：

①張志超.徘徊于東西方之間：英租威海衛時期的法治[J].開放時代，2009（2）：40.

[責任編輯：王偉平]