本文選題：可控共振式波力發(fā)電技術(shù) + 波浪浮標　； 參考：《武漢大學》2014年博士論文

【摘要】：能源是現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和重要制約因素,并且隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展,人類社會對能源的需求將會持續(xù)增長。因此促使人類社會不斷尋求可替代并可持續(xù)發(fā)展的新能源,包括有：核能、太陽能、風能、生物燃料能和海洋能等。 海洋波浪能利用技術(shù)已經(jīng)成為世界各國研究的熱點問題,利用波浪能進行發(fā)電具有廣闊的應(yīng)用前景。波力發(fā)電裝置處于共振狀態(tài)時提取海浪能量的效率非常高已被不同類型的波能裝置試驗所證實。武漢大學蔡元奇教授團隊在總結(jié)200多項波力發(fā)電裝置特性的基礎(chǔ)上,提出了可控共振式波力發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)通過實時地追蹤海浪的周期、波高和波長信息,自我調(diào)整裝置的特性,實現(xiàn)并維持裝置與海浪的共振狀念,從而實現(xiàn)了高效穩(wěn)定地提取波浪能,同時該裝置還具有很強的生存能力。因此,對波浪參數(shù)進行在線快速、實時、準確的測量是可控共振波力發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一 本文對目前國內(nèi)外波浪觀測技術(shù)進行了全面總結(jié),在綜合分析了各種波浪觀測技術(shù)各自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)之上,確定了采用重力式波浪浮標進行波浪觀測的方法,并開展了兩個方面的研究工作：一是對波浪浮標水動力特性及隨波性能的研究；另一個是利用浮標六個方向運動姿態(tài)數(shù)據(jù)進行波浪參數(shù)識別新方法的研究。 研究中首先建立了一套完整的波浪浮標水動力學數(shù)值仿真平臺,通過該平臺易實現(xiàn)對各種形狀波浪浮標的水動力特性及隨波性能研究； 其次,結(jié)合國內(nèi)外浮標應(yīng)用現(xiàn)狀,設(shè)計了圓柱形及球形兩種外形的波浪浮標,并利用數(shù)值仿真平臺對兩類外形的浮標進行了水槽搖蕩自由衰減數(shù)值仿真分析,通過對搖蕩自由衰減時程數(shù)據(jù)進行頻譜分析,確定浮標搖蕩固有頻率,分析了浮標各參數(shù)對搖蕩固有頻率影響的一般規(guī)律并對兩類外形的浮標水動力特性進行了對比研究；結(jié)合浮標在波浪力作用下的理論分析,提出了通過降低波浪頻率與浮標搖蕩固有頻率比值的方法,以提高浮標隨波性的原則,并利用數(shù)值平臺進行了規(guī)則波下浮標響應(yīng)的數(shù)值仿真分析,結(jié)果驗證了該原則的正確性。 第三,提出了一種基于浮標六自由度方向姿態(tài)數(shù)據(jù)進行波浪參數(shù)快速、實時識別的新方法。該方法建立了浮標數(shù)據(jù)出浮標動坐標系與波浪整體坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,采用希爾伯特-黃變換(HHT)分析方法對測試數(shù)據(jù)進行分析,通過引入主成分方法(PCA)作為經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)分解的終止準則,將海浪信息分解為多個窄帶過程,對窄帶過程的功率分析可以得到包含波浪主要能量的本征模態(tài)(IMF)分量,該分量包含了波浪的主周期信息,通過對其進行Hilbert變換得到以某個數(shù)值期望上下波動的瞬時頻率時間序列,計算其滿足3仃準則的瞬時頻率數(shù)學期望,得到置信度為99.74%的波浪頻率值,與直接通過FFT變換得到的Fourier頻率相比,該方法識別出的波浪頻率具有更高精度；利用瞬時頻率序列對垂直加速度進行兩次積分得到波浪波面位移序列,再利用最小二乘擬合,得到主周期波浪的波高。對浮標縱搖數(shù)據(jù)進行同樣的分析,可以得到波浪的波面角,進而可以計算波浪波長。同時,利用豎向加速度瞬時頻率及縱搖瞬時頻率標準差,可以對波浪頻率顯著變化進行判斷。 最后,采用基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的三軸加速度計、雙軸傾角計及指南針計設(shè)計制作了小型波浪浮標并進行了靜水槽浮標搖蕩自由衰減試驗,得到了反映浮標水動力特性的搖蕩固有頻率；進行了浮標湖泊波浪測試試驗,利用本文提出的方法分析得到的波浪的頻率、波高及波長信息,結(jié)果與現(xiàn)場波浪實際結(jié)果較為吻合,從而驗證了所提出波浪識別方法的正確性。
[Abstract]:Energy is an important material basis and important restriction factor of modern economic and social development , and with the development of economy and society , the demand of human society to energy will continue to grow . Therefore , the human society is continuously seeking alternative and sustainable development energy , including : nuclear energy , solar energy , wind energy , biofuels and ocean energy .

Ocean wave energy utilization technology has become a hot issue in the world ' s research , and the wave energy can be used for power generation . The energy efficiency of wave energy is very high , which has been proved by experiments of different types of wave energy devices .

Based on the comprehensive analysis of the advantages and disadvantages of various wave observation techniques , the method of wave observation using gravity wave buoy is established .
The other is to study the new method of wave parameter identification by using six directional motion attitude data of buoy .

In this paper , a complete set of numerical simulation platform of wave - buoy hydrodynamic numerical simulation is established , and the hydrodynamic characteristics and wave - wave performance of various wave buoys are easy to realize through the platform .


Secondly , combined with the present situation of buoy application at home and abroad , the wave buoy of both cylindrical shape and spherical shape is designed , and the numerical simulation analysis is carried out on two kinds of shapes of buoy by using numerical simulation platform .
Based on the theoretical analysis of the wave force of buoy , the method of reducing the ratio of wave frequency to floating frequency of buoy is put forward to improve the principle of wave resistance , and the numerical simulation of buoy response under regular wave is carried out by using the numerical platform , and the correctness of the principle is verified .

Thirdly , a new method is proposed for the rapid and real - time identification of wave parameters based on the attitude data of six - degree - of - freedom . The method has established the conversion relation between the buoy data and the whole coordinate system of the wave . By introducing the principal component method ( PCA ) as the termination criterion of empirical mode decomposition ( EMD ) decomposition , the wave frequency is decomposed into a plurality of narrow - band processes .
By using the instantaneous frequency sequence , the wave wave surface displacement sequence is obtained by integrating the vertical acceleration twice , and the wave height of the main period wave is obtained by using the least square fitting .

Finally , a small - scale wave buoy is designed by using a three - axis accelerometer , a double - axis inclinometer and a compass design based on the MEMS technology , and the free attenuation test of the floating buoy of the static water tank is carried out , and the oscillation natural frequency reflecting the hydrodynamic characteristics of the buoy is obtained ;
The wave test of the floating lake is carried out . The frequency , wave height and wavelength information of the waves are analyzed by the method presented in this paper . The results are consistent with the actual results of the field waves , and the correctness of the proposed method is verified .

【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TV139.2;P743.2

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐原廣;周金元;李思維;;3m多參數(shù)波浪浮標的研制[J];氣象水文海洋儀器;2013年02期

2 李忠君;白強;王亞洲;;波浪浮標系留系統(tǒng)[J];山東科學;2006年05期

3 毛祖松;;我國近海波浪浮標的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展[J];海洋技術(shù);2007年02期

4 劉世萱;齊勇;劉海豐;;微型波浪浮標監(jiān)測系統(tǒng)[J];海洋技術(shù);2011年02期

5 吳子岳;黃耀耀;;波浪浮標服務(wù)器端軟件設(shè)計[J];微計算機信息;2012年01期

6 王麗元;唐友剛;何X;白強;;球形波浪浮標運動性能分析[J];海洋技術(shù);2012年04期

7 唐原廣;多功能波浪浮標研制[J];海洋科學;1998年03期

8 王亞洲;楊永春;李忠君;張琳琳;;一種波浪浮標彈性系留系統(tǒng)[J];山東科學;2011年04期

9 王思東;;海區(qū)的波浪浮標觀測和資料處理簡介[J];油田地面工程;1991年01期

10 唐原廣;康倩;;波浪浮標測波方法比較[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年15期

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 通訊員 雷俊　李三角;江西首個波浪浮標遙測系統(tǒng)建成[N];中國氣象報;2011年

2 記者 李波;東營實現(xiàn)無人值守監(jiān)測海浪[N];東營日報;2010年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 張孝春;波浪浮標水動力特性及波浪要素識別方法研究[D];武漢大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉國棟;波浪浮標數(shù)據(jù)處理方法研究[D];天津大學;2012年

2 婁軒;微型波浪浮標觀測系統(tǒng)[D];中國海洋大學;2015年

3 李翠霞;標準直線式波浪浮標檢測裝置的研究與設(shè)計[D];天津大學;2014年

4 王娟;波浪浮標傳感器綜合測試系統(tǒng)[D];中國海洋大學;2010年

5 李春爽;波浪浮標檢定系統(tǒng)測試平臺位移控制裝置研究[D];河北工業(yè)大學;2012年

6 董樹凱;重力加速度式波浪浮標檢定系統(tǒng)研究[D];河北工業(yè)大學;2013年

7 康倩;適于兩種布放方式的波浪浮標數(shù)據(jù)綜合接收與回放系統(tǒng)設(shè)計[D];中國海洋大學;2014年

8 胡斌;基于北斗通信的多參數(shù)波浪浮標岸站數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)設(shè)計[D];中國海洋大學;2013年

9 李俊文;波浪浮標的數(shù)據(jù)處理與研究[D];武漢科技大學;2015年

10 隋軍;重力加速度式波浪浮標量值溯源體系研究[D];中國海洋大學;2006年

，

本文編號：1823072