本文關鍵詞：振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置水動力性能研究　出處：《山東大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 波浪能轉(zhuǎn)換裝置 水動力分析 特征函數(shù)法 漸進匹配系數(shù)法 能量俘獲寬度

【摘要】：隨著經(jīng)濟的發(fā)展,全球化石燃料日益枯竭,能源供給日益緊張,推動了海洋波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展。振蕩浮子技術(shù)以其結(jié)構(gòu)簡單、抗風浪能力強、能量轉(zhuǎn)化效率相對較高和頻率響應范圍寬等優(yōu)點,極具開發(fā)前景。在國外,一些振蕩浮子式波浪能裝置已接近商業(yè)化,而國內(nèi)發(fā)展相對滯后,仍在起步階段。由于國內(nèi)外海況條件差異巨大,結(jié)合我國近海波浪周期短,能量密度相對較低的特點,對振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置進行系統(tǒng)的自主研發(fā)是必由之路,而水動力性能研究是其中的基礎性工作。本論文通過理論分析、數(shù)值計算和模型試驗等研究手段,研究了振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的水動力性能及其波浪能俘獲特性。 本文首先綜述了波浪能發(fā)電裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,重點總結(jié)了振蕩浮子式波浪發(fā)電裝置國內(nèi)外研究進展,分析和評述了現(xiàn)有水動力分析模型存在的主要問題,并在此基礎上提出了本文的研究內(nèi)容。 根據(jù)振蕩浮子式波浪發(fā)電裝置的特點,分別應用一階繞射理論和Froude-Krylov理論對浮子和浮筒進行波浪載荷分析；采用特征函數(shù)法和漸進匹配系數(shù)法求解一階繞射速度勢,得到了浮體垂蕩和縱蕩的波浪激勵力、縱搖的波浪激勵力矩的半解析表達式,并進行了編程求解；基于一階輻射理論推導了等直徑垂直圓柱浮體的垂蕩、縱蕩的附加質(zhì)量系數(shù)和附加阻尼系數(shù)及縱搖的附加慣性矩系數(shù)和附加阻尼力矩系數(shù)的半解析表達式,并進行了編程求解。研究表明：在高頻段,可應用于波浪能發(fā)電裝置的水動力性能分析；同頻率下充分考慮波浪繞射作用后浮子受到的垂向波浪力比不考慮波浪繞射時的計算結(jié)果偏低,更符合實際情況；同頻率下浮筒受到的垂向波浪力僅有浮子受力的5%,浮筒的垂蕩幅值是浮子垂蕩幅值的1/9～1/7,揭示了振蕩浮子式波浪能裝置的發(fā)電機理。 以水動力分析為基礎,建立了浮子與浮筒的頻域耦合運動方程,獲得了振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置系統(tǒng)的頻率響應函數(shù),推導了波浪能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在規(guī)則波下的俘獲功率和能量俘獲寬度表達式；通過頻域模型研究了浮子質(zhì)量、浮筒質(zhì)量、浮子吃水深度、外部阻尼系數(shù)等因素對能量俘獲寬度的影響。研究表明：浮子與浮筒的質(zhì)量比為0.14時,裝置的能量輸出最大；相同結(jié)構(gòu)尺寸的浮子,吃水淺的浮子俘獲功率和能量俘獲寬度更大；液壓系統(tǒng)阻尼對能量輸出系統(tǒng)的影響最大,同一裝置在低頻段,系統(tǒng)阻尼越大俘獲能量越多,在高頻段系統(tǒng)阻尼對俘獲功率的影響相對較小。 基于上述理論與分析,利用相似準則,按照10：1的縮尺比設計了物理模型,并在航模拖曳水池開展了模型試驗研究,揭示了發(fā)電系統(tǒng)的阻尼、波浪的波高、周期、浮子與浮筒質(zhì)量比例關系、浮體的直徑等因素對裝置水動力性能影響規(guī)律；模型試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果一致,進一步驗證了理論分析的正確性。
[Abstract]:With the development of economy , the global fossil fuel is increasingly depleted , the energy supply is increasingly tense , and the development of ocean wave energy conversion technology is promoted . The oscillating float technology has the advantages of simple structure , strong wind wave resistance , relatively high energy conversion efficiency and wide frequency response range . In this paper , the current research situation and development trend of wave energy generator are summarized , and the research progress of the oscillating float type wave generator is summarized . The main problems existing in the existing hydrodynamic analysis model are analyzed and reviewed , and the research contents of this paper are put forward . According to the characteristics of the oscillating float type wave generator , the wave load analysis of the float and buoy is carried out by means of the first order diffraction theory and the Froude - Krylov theory respectively . Based on the hydrodynamic analysis , the frequency domain coupling motion equation of the float and buoy is established , the frequency response function of the oscillating float wave energy conversion device system is obtained , and the influence of the wave energy conversion system on the energy capture width is derived . The results show that the energy output of the device is the largest when the mass ratio of the float to the buoy is 0.14 ; the influence of the damping on the energy output system is the largest by the hydraulic system damping ; the more the energy is captured by the same device in the low frequency segment , the more the system damping is , the more the energy is captured , and the influence of the damping on the trapping power in the high frequency band system is relatively small . Based on the above theory and analysis , the physical model is designed according to the scale ratio of 10 : 1 , and the model test research is carried out on the model towing tank , which reveals the damping of the power generation system , the wave height , the period , the relation between the float and the mass ratio of the buoy and the diameter of the floating body . The model test results are consistent with the theoretical analysis results , and the correctness of the theoretical analysis is further verified .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM612

【參考文獻】

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本文編號：1389815