【摘要】：隨著世界能源危機的日益嚴峻,人們將目光聚焦到新能源的利用,海洋中蘊含有巨大的可再生能源,波浪能是海洋能源中最為豐富的種類之一,也是能源利用裝置中研究最多的一種類型。在全球范圍內提出了多種類型的波浪能轉換裝置,并有一部分裝置達到商業(yè)化的規(guī)模,本文針對的是直驅式振蕩浮子波浪能轉換裝置。通過建立裝置在頻域中的運動方程,引入了波能俘獲寬度的概念,研究了不同因素對于裝置波能俘獲的寬度的影響;同時結合我國的實際海況,采用時域分析對裝置在不同海況下的吸收能量進行了計算。首先,基于線性勢流理論,假設能量輸出系是線性的,建立了波浪能裝置的頻域運動方程,考慮了浮子在垂蕩和縱蕩方向的運動,推導了裝置的波能俘獲寬度和浮子運動的關系;針對不同形狀浮子對于波浪能裝置吸收功率的影響進行了研究;分析了能量輸出系統(tǒng)中的阻尼系數(shù)、彈性系數(shù)以及預緊力系數(shù)對于裝置吸收功率的影響。研究表明:裝置的波能俘獲寬度隨著阻尼系數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,隨著彈性系數(shù)和預緊力系數(shù)的增加而減少。其次,為了研究非線性因素對于裝置波能俘獲寬度的影響,本文采用時域模型對于波浪能裝置的特性進行分析。首先介紹了時域方程中卷積項的狀態(tài)空間的近似解法,并和頻域中的結果進行了對比,驗證了算法的正確性。同時考慮了非線性阻尼系數(shù)對于波浪能裝置吸收功率的影響,結果表明當非線性阻尼系數(shù)在最優(yōu)有阻尼附近變化時,對于裝置吸收功率的影響并不大�？紤]我國沿海海域的海況,選取了三種典型的工況,對波浪能裝置的性能進行了優(yōu)化研究,同時結合振蕩浮子式裝置的結果特點,確定了在不同海況下裝置的最優(yōu)阻尼。最后,考慮波浪能裝置在工程中的應用形式,選取了瑞典振蕩浮子式波浪能裝置的試驗參數(shù),計算了在不同非線性阻尼系數(shù)下裝置的吸收功率,數(shù)值計算的結果和試驗值吻合較好,驗證了文中數(shù)值方法的正確性。
【圖文】：

對于其他海洋能源來說，波浪能比較不穩(wěn)定，在不同的波浪周期和波高下，波浪所具有逡逑的能量也就不同；不同的季節(jié)對于波浪的影響更大。從全球波浪能的分布來看中高緯度逡逑的波浪能蘊藏較為豐富，如圖１所示，在盛風和長風區(qū)域的地域，波浪所攜帶的能量較逡逑高，例如美國的沿海以及歐洲的沿海地區(qū)等，可以利用的波浪能資源較多＇逡逑圖１．１全球波浪能資源分布逡逑我國的海域大部分是封閉或者半封閉的邊緣性海域，風速較小、波浪所具有的能量逡逑并不是很大，并且風多為季風，季節(jié)性變化（如冬天的寒流以及夏天的臺風）變化非常逡逑明顯。按照不同的區(qū)域劃分，臺灣海峽所具有的波浪能最大，占到全國波浪能總量的３３％，逡逑福建和浙江省的波浪含量也很豐富，如表１．邋２所示［４］：逡逑邐表１．２中國沿�？砷_發(fā)的波浪能資源邐逡逑邐邐平均功率／ＭＷ邐所占比例逡逑遼寧邐２５５．０３邐１．９８％逡逑河北邐１４３．６４邐１．１１％逡逑山東邐１６０９．７９邐１２．５％逡逑２逡逑

１．３．２典型的波浪能裝置逡逑振蕩水柱式波浪能轉換裝置（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ邋ｗａｔｅｒ邋ｃｏｌｕｍｎ）可以分為固定式和漂浮式兩逡逑種形式，其中固定式的可以分為岸式和離岸式，如圖１．３和圖１．４所示。裝置包含有一逡逑部分浸入水下的鋼結構或者混凝土結構，其中空氣輪機和自由液面以及腔體組成一個相逡逑對封閉的空間，在波浪的作用下，自由液面會在氣室內做上下的往復運動，使氣室內的逡逑空氣壓力處于不斷的變化之中，氣室內的壓力和外界的大氣壓存在壓力差，從而驅動空逡逑氣輪機轉動，把空氣的動能轉換為電能［５］。自從這種波浪裝置概念提出以來就得到了研逡逑究者的關注。和其它波浪能裝置相比，由于運動的氣輪機等機械部分并不與海水接觸，逡逑因此振蕩水柱式波浪能裝置的工作性能較好，，能夠在惡劣的環(huán)境條件下工作，故障率較逡逑低。但是振蕩水柱式波能轉換裝置仍有一些缺點，它采用的是把空氣作為能量傳遞的介逡逑質
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P743.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 張亮;國威;王樹齊;;一種點吸式波浪能裝置水動力性能優(yōu)化[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2015年07期

2 蘇永玲,謝晶,葛茂泉;振蕩浮子式波浪能轉換裝置研究[J];上海水產大學學報;2003年04期

3 余志;;波動理論在海洋波浪能利用中的應用[J];自然雜志;1987年10期

相關博士學位論文 前2條

1 趙海濤;浮力擺式波浪能裝置的水動力性能研究[D];浙江大學;2012年

2 張大海;浮力擺式波浪能發(fā)電裝置關鍵技術研究[D];浙江大學;2011年

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1 程正順;浮子式波浪能轉換裝置機理的頻域及時域研究[D];上海交通大學;2013年

2 李仕成;振蕩浮子式波能轉換裝置性能的實驗研究[D];大連理工大學;2006年

本文編號：2545378