【摘要】：隨著能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出,人們對(duì)可再生資源的需求量日益增長(zhǎng)。波浪能作為一種分布極廣和能量?jī)?chǔ)存量極大的可再生清潔能源,其利用已然成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。在這方面,振蕩浮子波能轉(zhuǎn)化技術(shù)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單和可靠性高等特點(diǎn),但也面臨著轉(zhuǎn)化效率低和發(fā)電成本高等問(wèn)題。著眼于此,本文研究了轉(zhuǎn)化裝置自身因素和環(huán)境參數(shù)對(duì)振蕩浮子波浪能利用效率的影響,用于實(shí)際工程中對(duì)該裝置設(shè)計(jì)提供參考。本文的研究?jī)?nèi)容如下:基于CFD商業(yè)軟件ANSYS FLUENT,分別采用了數(shù)值邊界造波法和數(shù)值質(zhì)量源造波法建立了二維數(shù)值波浪水槽,通過(guò)時(shí)域和頻域分析方法對(duì)計(jì)算所得結(jié)果與經(jīng)典波浪理論值進(jìn)行對(duì)比,獲得了波浪水槽數(shù)值模擬的適用條件,并揭示了水槽中波浪的運(yùn)動(dòng)特性;在建立了二維波浪水槽的基礎(chǔ)上,選擇邊界造波法造波并加入風(fēng)與流的作用,建立了二維與三維風(fēng)-浪-流聯(lián)合數(shù)值水槽。完成了三維數(shù)值水槽方柱模型的繞流模擬,并將模擬所得方柱受力結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析,從而確定滿足精確性和經(jīng)濟(jì)性的網(wǎng)格尺寸、時(shí)間步長(zhǎng)和湍流模型;根據(jù)剛體運(yùn)動(dòng)理論和牛頓第二定律建立了浮子的運(yùn)動(dòng)方程,利用FLUENT軟件中的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),耦合浮體的運(yùn)動(dòng)方程和粘性流體的控制方程,建立了浮子在波浪水槽中的運(yùn)動(dòng)模型,詳細(xì)分析了浮子在三維數(shù)值水槽中的運(yùn)動(dòng)特性。針對(duì)三維波浪水槽中的振蕩浮子模型,研究了浮子在不同的轉(zhuǎn)化裝置自身因素(彈簧力、質(zhì)量力和阻尼力)和波浪參數(shù)(波高、風(fēng)速和流速)下的波能轉(zhuǎn)化率。根據(jù)振蕩浮子波能轉(zhuǎn)化效率與這些因素的相互關(guān)系,進(jìn)一步揭示了振蕩浮子波浪能利用的機(jī)理。
【圖文】：

固定式振蕩水柱式發(fā)電技術(shù)是將裝置固定的安裝在岸上，而無(wú)需系泊系統(tǒng)和海底電纜。圖 1-1 為最常見的振蕩水柱模型。圖1-1 固定式振蕩水柱波能轉(zhuǎn)化裝置[10]常見的固定式振蕩水柱轉(zhuǎn)化裝置由氣腔、平臺(tái)和動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置構(gòu)成。利用波浪的沖擊作用，使氣腔里的氣壓產(chǎn)生周期性的變化，，進(jìn)而為動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置提供發(fā)電所需的氣流運(yùn)動(dòng)。固定式振蕩水柱發(fā)電裝置具有下列特點(diǎn)：1）安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，電力傳輸方便；2）該裝置采用的是空氣透平，發(fā)電機(jī)并不直接

球形浮子上下浮動(dòng)轉(zhuǎn)化波浪能。這個(gè)浮標(biāo)通過(guò)閂鎖來(lái)控制相位移動(dòng)，并配備一個(gè)空氣渦輪機(jī)。圖 1-3 所示為該模型，1983 年在特隆赫穆峽灣的測(cè)試模型。圖1-3 特隆赫穆峽灣的 Norwegian 測(cè)試模型[10]英國(guó)的 AquaBuOY 波能轉(zhuǎn)化裝置是通過(guò)波浪使浮子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使軟泵 中 的 水 產(chǎn) 生 運(yùn) 動(dòng) 進(jìn) 而 發(fā) 電 的 一 種 新 型 波 能 轉(zhuǎn) 化 裝 置[19]。 荷 蘭 的（Archimedes Wave Swing，AWS）是一種離岸式，全浸沒的點(diǎn)吸收式發(fā)電裝置（在水深 43 m），AWS 裝置如圖 1-4 所示。他主要有兩個(gè)組成部分：筒倉(cāng)和浮子。筒倉(cāng)固定在海底，浮子會(huì)上下浮動(dòng)。當(dāng)波浪壓力改變的時(shí)候，浮子也會(huì)上下浮動(dòng)。該裝置應(yīng)用了當(dāng)前較為先進(jìn)的永磁直流發(fā)電裝置[20]。圖1-4 Archimedes Wave Swing 波能轉(zhuǎn)化裝置[20]1.2.3 振蕩浮子結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)化技術(shù)相比其他轉(zhuǎn)化技術(shù)具有可靠性高、轉(zhuǎn)化效率高、易安裝、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，但是這種波能發(fā)電技術(shù)的發(fā)電成本仍然比火力發(fā)電的成本要高得多，因此學(xué)者們都熱衷于研究如何進(jìn)一步優(yōu)化浮子結(jié)構(gòu)、提高轉(zhuǎn)化效率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P743.2

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7 丁履量;;波能利用[J];海洋技術(shù);1983年03期

8 李陸平;田素珍;徐來(lái)聲;郭洪梅;;渤、黃海波能的估算及其對(duì)波能轉(zhuǎn)換前景的評(píng)價(jià)[J];黃渤海海洋;1984年02期

9 張小剛;波能分析及在珠江口波力試驗(yàn)電站初步設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];海洋科學(xué);1987年04期

10 余志;靜水池振蕩水柱波能轉(zhuǎn)換模擬系統(tǒng)的建模與分析[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展;1988年01期

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5 肖天貴;吳瑤;金榮花;;西南大旱期間延伸期尺度波能變化特征的分析[A];第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S3天氣預(yù)報(bào)災(zāi)害天氣研究與預(yù)報(bào)[C];2011年

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9 肖天貴;郭斌;彭俊;;1998年夏季長(zhǎng)江流域主要強(qiáng)降水階段的波能傳播診斷研究[A];第六次全國(guó)動(dòng)力氣象學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要[C];2005年

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本文編號(hào)：2563213