【摘要】：廣闊的海洋蘊含著豐富的波浪能資源。在化石能源日益枯竭,可再生能源發(fā)展迫在眉睫的背景下,如何有效地開發(fā)波浪能已成為相關(guān)學(xué)者關(guān)注的熱點問題。振蕩水柱(Oscillating Water Column,OWC)式波能轉(zhuǎn)換裝置因其結(jié)構(gòu)簡單、耐久性強等優(yōu)點受到學(xué)者的長期青睞。但由于高昂的建設(shè)成本及有限的經(jīng)濟效益,現(xiàn)階段OWC裝置尚未得到大規(guī)模推廣和使用。提升其經(jīng)濟性、提高其能量提取效率,對于OWC裝置的發(fā)展具有重要意義。本文通過開展波浪水槽試驗并采用粒子圖像測速(Particle Image Velocimetry,PIV)技術(shù)針對兼顧波能提取和波浪削減功能的OWC防波堤進行了試驗研究。首先,通過開展波浪水槽試驗,深入分析了入射波要素、動力輸出裝置(Power Take-Off,PTO)阻尼以及水位對于OWC防波堤水動力特性和能量轉(zhuǎn)化特性的影響。隨后,在波浪水槽試驗的基礎(chǔ)上采用PIV技術(shù)對波浪與OWC防波堤相互作用過程中的振蕩流場進行了測量,量化分析了振蕩流場特性,并對振蕩流場特性與能量耗散問的關(guān)系進行了探討。波浪水槽試驗結(jié)果表明:40 cm水位下,相對氣室寬度B/L大于0.080,PTO阻尼較小(頂板開孔率大于0.685%)時,OWC防波堤能夠起到良好的消反射效果;40cm水位下,頂板開孔率在1.217%至1.902%范圍內(nèi)時,OWC防波堤具有較好的能量提取性能;其中,頂板開孔率1.217%對應(yīng)的PTO阻尼參數(shù)能夠使OWC防波堤的能量提取性能達到最佳。此外,波高的增加使OWC防波堤對入射波的反射作用增強,能量提取效率峰值降低;水位的升高使能量提取效率峰值降低,高效頻域帶寬變窄。PIV試驗結(jié)果表明,試驗工況范圍內(nèi)水體出流流速極值高于水體入流流速極值,流場中逆時針旋渦渦量極值高于順時針旋渦渦量極值,流場中水體出流過程的劇烈程度高于水體入流過程的劇烈程度;PTO阻尼的降低使水體入流、出流流速極值增加,旋渦渦量極值增大,流場中能量耗散增加;水位的升高使水體入流、出流過程的劇烈程度增強,流場中能量耗散加劇。
【圖文】：

ＯＷＣ）式波能轉(zhuǎn)換裝置自概念提出以來便受到了人們的廣泛關(guān)注，是目前公認逡逑的最具研究前景且研究投入力度最大的波能轉(zhuǎn)換裝置之一［１１］。ＯＷＣ裝置基本結(jié)逡逑構(gòu)如圖１．２所示，通常采用向下開口的固定式或浮式結(jié)構(gòu)，墻體與水面間形成充逡逑盈空氣的氣室結(jié)構(gòu)，氣室與大氣連通處依次設(shè)置有空氣透平和與空氣透平相連的逡逑發(fā)電機組。在波浪循環(huán)作用下，水體通過氣室下部開口周期性流入、流出氣室，逡逑促使氣室內(nèi)水柱形成往復(fù)升降運動，驅(qū)動氣室上方空氣通過空氣透平周期性流入、逡逑流出氣室，推動空氣透平轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)從波浪能到空氣透平機械能的能量轉(zhuǎn)化過程，，逡逑進而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。逡逑動力輸出裝置逡逑氣…逡逑氣流往復(fù)流動逡逑＇邋氣室墻體逡逑■邋＊逡逑￣￣—海床逡逑圖１．２振蕩水柱（ＯＷＣ）式波能轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖逡逑ＯＷＣ裝置在波能轉(zhuǎn)化過程中機械運動構(gòu)件不與海水接觸，抗腐蝕能力強，逡逑耐久性好；同時可適應(yīng)復(fù)雜海況環(huán)境，對地形依賴較小。在中國、葡萄牙、英國、逡逑西班牙、意大利等國海域均已建成原型ｏｗｅ裝置來進行實際海況試驗［２］。但與逡逑傳統(tǒng)能源相比，現(xiàn)階段波浪能開發(fā)利用成本仍相對較高。由于高昂的建設(shè)成本及逡逑有限的經(jīng)濟效益

本文基于沉箱式防波堤設(shè)計方案將防波堤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計成振蕩水柱式波逡逑能轉(zhuǎn)換裝置的氣室結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳統(tǒng)海岸工程建筑物的復(fù)合功能性開發(fā)應(yīng)用。本文逡逑試驗?zāi)Ｐ腿鐖D２．１所示。模型為前墻底部開槽的無底板長方體結(jié)構(gòu)，模型氣室前逡逑墻底部開槽作為氣室內(nèi)水柱與外界水體的交換連通通道，模型整體依靠自身重力逡逑及背浪側(cè)壓載物保持穩(wěn)定性，模型氣室底端與水槽密閉連接。試驗?zāi)Ｐ筒捎煤皴义希保插义?
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U656.2

【參考文獻】

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本文編號：2664632