【摘要】：基于成本共享理念的波浪能轉換裝置(WEC)與其他海上結構物的集成系統(tǒng)設計和研究為WEC開發(fā)中面臨的成本較高的問題提供了一個新的思路和較好的解決方法。其中振蕩浮子式WEC(Oscillating Buoy Converter OBC)與浮式防波堤(Floating Breakwater,FB)因工作原理類似可以較好的集成,此類集成系統(tǒng)在原理上和設計上都有待于進一步的研究。本文應用OpenFOAM軟件在充分驗證數(shù)值波浪水槽以及波浪對浮式結構物作用準確性的基礎上,對兩種結構形式的垂蕩浮子式波浪能轉換裝置與防波堤的集成系統(tǒng)(OBC-FB)進行了CFD模擬研究。研究此類集成裝置在粘性影響下的能量捕獲性能和消波性能。第一種形式為樁式約束的方箱形浮式防波堤上直接裝配動力輸出(PTO)裝置。主要研究了線性PTO模型,非線性電磁阻尼PTO模型,結構參數(shù)對該形式集成系統(tǒng)能量轉換效率和消波性能的影響。研究表明,因為粘性和非線性影響,裝置的能量捕獲寬度比值(CWR)相較于無粘線性理論值下降明顯;著重研究了在考慮粘性影響下的最優(yōu)線性PTO阻尼系數(shù),共振位置處最優(yōu)線性PTO阻尼系數(shù)略大于無粘線性理論值;開發(fā)了非線性電磁阻尼PTO模型,發(fā)現(xiàn)此類PTO形式可以較好的兼顧能量轉換效率和消波性能;結構參數(shù)的改變對裝置性能影響較大,較大的結構迎浪向寬度有利于增加裝置的能量轉換效率同時減小波浪透射系數(shù)。較小的吃水深度也可以增加能量轉換效率,但是波浪透射系數(shù)也增加明顯。第二種形式為在固定透空式防波堤前裝配垂蕩浮子。研究了PTO裝置,浮子形狀對此類裝置性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),此類裝置可以很好的利用反射波波能,從而可以獲得較大的CWR值,共振位置處CWR值是第一種形式的兩倍。選取了三種浮子形狀進行研究,研究表明圓底形浮子對流場擾動較小,近壁面漩渦的產(chǎn)生和發(fā)展較少,進而湍流粘性影響較小,可以獲得更高的能量轉換效率。通過以上研究,第二種結構形式具有較高的能量捕獲效率和較好的消波效果,在優(yōu)化浮子形狀,浮子相對尺寸,PTO系統(tǒng)等參數(shù)下可以進一步提高裝置的能量轉換效率和消波性能,相信此類裝置在特定海域和地區(qū)具有更廣闊的開發(fā)應用價值。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U656.2

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本文編號：2706714