本文選題：微型波浪能 + 波浪能吸收��； 參考：《國防科學技術大學》2014年博士論文

【摘要】：隨著當代社會能源問題的日益緊張,可再生能源的開發(fā)與利用成為重要的發(fā)展方向。波浪能作為可再生能源的重要部分,具有綠色環(huán)保和儲量豐富的特點,吸引了更多的投入與研究。一般來說,波浪能利用主要有兩個方面,一種是大規(guī)模性的波浪發(fā)電,目的是滿足人們對生產和生活用電的需求,相關的波浪能利用及其技術不斷進步成熟;另一種是微型波浪能利用,目的是滿足航標燈、水下航行器、水面航行器和監(jiān)測浮標等小型海洋設備的用電需求。目前,關于微型波浪能利用及其相關技術的研究較少。針對小型海洋設備的能量供給問題,本文提出一種基于橫搖運動微型波浪能轉換裝置,以橫搖運動作為基本運動形式對微型波浪能進行吸收,設計一種新型的動力輸出裝置解決微型波浪能的能量轉換問題。圍繞微型波浪能吸收機理與轉換裝置,本文開展的創(chuàng)新性工作主要有以下幾個方面:1、深入全面地總結了現(xiàn)有小型海洋設備的能量供給方式,概括歸納出一種微型波浪能轉換裝置的定義。本文結合應用背景與波浪能利用的相關研究,分別論述了小型海洋設備的能量供給技術、波浪能吸收方式以及能量轉換的研究情況,并歸納出一種微型波浪能轉換裝置的定義,通過對波浪能的吸收、轉換和存儲,為小型海洋設備提供能量。在此基礎上,對微型波浪能吸收與轉換方面的相關技術及其存在的問題進行了總結。2、結合波浪特點分析微型波浪能吸收的可行性,提出了一種基于橫搖運動的微型波浪能吸收方法。本文對波浪的運動特點與能量特點以及分布情況進行研究,運用微幅波理論對規(guī)則波和不規(guī)則波進行數(shù)學描述;結合浮體在波浪下的運動特點,比較了橫搖運動和垂蕩運動在微型波浪能吸收的優(yōu)劣;確定以浮體橫搖運動作為波浪能吸收方式,運用動量(矩)定理與歐拉方程,推導了浮體在波浪下的橫搖運動方程,討論了橫搖運動用于微型波浪能吸收的可行性。3、以基于絕對橫搖運動的單浮體波浪能轉換裝置為研究對象,深入分析了影響微型波浪能吸收的關鍵因素。根據(jù)浮體的橫搖運動方程,提出并建立單浮體波浪能轉換裝置的數(shù)學模型與能量模型;在考慮浮體橫搖過程中的非線性因素的基礎上,運用解析法求解裝置的數(shù)學模型;重點對浮體橫搖固有頻率及其影響因素進行分析,利用數(shù)值分析的方法討論單浮體波浪能轉換裝置在規(guī)則波和不規(guī)則波中獲得的能量。結果表明,單浮體裝置在規(guī)則波中對波浪能的最佳吸收是通過浮體的諧搖實現(xiàn)的,而增大浮體的固有頻率有利于提高裝置在不規(guī)則波中對波浪能的吸收。4、提出了一種基于相對橫搖運動的雙浮體波浪能吸收方案,深入分析了參考第頁系浮體設計對波浪能吸收的影響。以控制參考系浮體橫搖運動為目標,本文討論參考系浮體在水下的橫搖穩(wěn)定性及其影響因素;建立雙浮體式波浪能轉換裝置數(shù)學模型并求解,利用數(shù)值分析的方法對影響裝置的關鍵因素進行討論,尤其是水下浮體對裝置的影響;對利用雙浮體相對橫搖運動的波浪能吸收方式進行總結,給出雙浮體波浪能轉換裝置的一般性設計思路。結果表明,水下浮體設計對波浪能吸收的影響是復雜的,而通過控制其橫搖幅值,可避免水下浮體運動對裝置的不利影響,從而穩(wěn)定裝置對波浪能的吸收。5、研究了一種內置慣性擺式波浪能吸收方案,深入分析了慣性擺參數(shù)設計對波浪能吸收的影響規(guī)律。對單自由度和二自由度慣性擺的動力學與運動學進行分析,考察其在外界激勵下的運動響應;結合浮體的橫搖運動方程,建立了單自由度內置慣性擺式波浪能轉換裝置的數(shù)學模型并進行求解,并通過數(shù)值分析的方法對影響裝置的關鍵因素進行分析;對內置慣性擺裝置的吸收方式進行總結,給出波浪能轉換裝置的一般性設計思路。結果表明,合理設計慣性擺的擺長,控制其固有角頻率有利于提高慣性擺作為參考系的穩(wěn)定性,而擺重的增加則拓寬了對PTO裝置的選擇范圍,有利于提高裝置對波浪能的吸收。6、針對微型波浪能轉換裝置中的能量轉換部分,提出并設計了一種基于彈性儲能裝置的能量轉換裝置。以正向能量轉換裝置為研究對象,對其工作原理進行闡述。對彈性儲能裝置設計的關鍵問題進行研究,包括卷簧及其控制機構,重點對卷簧進行了有限元應力分析和模態(tài)分析,并設計了卷簧的輸入、輸出控制機構;研制了基于彈性儲能裝置的不帶動力匹配環(huán)節(jié)的正向能量轉換裝置原理樣機,分別通過手動試驗和六自由度試驗臺模擬橫搖運動的方法,對正向能量轉換裝置的工作情況進行測試。試驗結果表明,負載兩端測得的平均功率跟橫搖周期有關,橫搖周期越短,平均功率越大。為了提高裝置的平均發(fā)電功率,應根據(jù)橫搖周期合理設計動力匹配環(huán)節(jié)。
[Abstract]:This paper summarizes the energy supply technology , wave energy absorbing mode and energy conversion of miniature wave energy . In order to improve the absorption of wave energy by means of numerical analysis , a mathematical model of wave energy conversion device with built - in inertia pendulum is discussed .
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P743.2;P742

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本文編號：2052177