【摘要】：針對波浪能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中浮板能量轉(zhuǎn)換效率低的問題,基于海南省某地現(xiàn)有波浪能發(fā)電實驗站的波浪能采集裝置,采用Fluent軟件進行建模仿真的方法對其進行優(yōu)化設(shè)計,提出一種優(yōu)化擺式浮板的設(shè)計方案。比較原浮板和優(yōu)化浮板在吸收波浪水平方向動能的能力、能量損耗、浮板積水問題等方面的差異,結(jié)果表明這種優(yōu)化的擺式浮板能成功實現(xiàn)浮板在收集波浪水平動能能力上的提升,并且解決浮板積水問題,減小能量損耗,從而提高浮板能量轉(zhuǎn)換效率。
【圖文】：

海洋而產(chǎn)生的，其實質(zhì)是吸收風(fēng)能而形成。能量傳遞速率與風(fēng)速有關(guān)，也與風(fēng)、水相互作用的距離有關(guān)。波浪能可以用波高、波長和波周期等特征來描述。單位波前寬度上的波浪功率計算公式為()222P=ρg64πHT≈0.5HT（1）式中：P為單位波前寬度上的波浪功率，kW/m；H為波高，m；T為波浪周期，s；ρ為海水密度，取1.025×103kg/m3；g為重力加速度，，取10m/s2。由式（1）可知，每米海岸線生產(chǎn)電能的大小，與波浪波高的平方成正比，與波浪周期成正比。以擺式浮板為例，建立簡化的數(shù)學(xué)模型進行采集效率估算，如圖1所示。波浪能按正弦波區(qū)域的勢能近似可得：()()()111112sin10022sin0022120211ddd2sind28THwtTHwtTPgyytgytgHwttgHTρρρρ====∫∫∫∫（2）式中：P1為單位波前寬度上浮板采集的波浪功率，kW/m；H1為正弦波波高，m；T1為正弦波波浪周期，s；ω為角頻率，rad/s；t為時間，s；y為位移，m。圖1浮板的采集效率未能利用的能量按矩形區(qū)域的勢能近似可得：2222222000022220ddd2d24ThThTgPgyytytghgthTρρρρ====∫∫∫∫（3）式中：P2為單位波前寬度上未能利用的波浪功率，kW/m；h為矩形區(qū)域波高，m；T2為矩形區(qū)域波浪周期（與T1相等），s。因此，采集效率η估算為21122121100%100%2PHPPHhη=×=×++（4）由以上分析可知：浮板的采集效率與浮板前后的波浪波高有關(guān)。當矩形區(qū)域波高h不變時，若浮板后正弦波高H1越大，則浮板采集效率越高；當正弦波波高H1不變時，若浮板前矩形區(qū)域波高h越小，

波浪能發(fā)電系統(tǒng)浮板的優(yōu)化設(shè)計—73—3浮板性能分析與優(yōu)化圖3所示的波浪能發(fā)電系統(tǒng)位于海南省，是2013年從以色列引進的一臺樣機。其浮板設(shè)計厚度約為0.6m，實際吃水深度為0.118m。若考慮到內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)及液壓桿對浮板的作用力，則浮板吃水深度約為0.16m～0.18m，原浮板質(zhì)量為1174.9kg。圖3波浪能采集子系統(tǒng)左視圖圖4為原浮板CAD三視圖，由圖可知，原浮板整體為水平狀，其寬度約為3.8m，長度為4.0m，厚度約為0.6m。根據(jù)國家海洋監(jiān)測資料和實地記錄數(shù)據(jù)可知：南海海域發(fā)電站處平均浪高為1.2m，遠高于浮板厚度；原浮板整體為水平狀，一旦較大的浪涌通過浮板，大量海水將積聚在浮板上并抑制浮板向上的浮力，從而產(chǎn)生很大的能量損耗此外，浮板末端鉸鏈結(jié)構(gòu)與堤岸基礎(chǔ)相連接，連結(jié)位置因考慮到浮板回收等問題而設(shè)置在較高位置。當海面處于低潮時，浮板會向下傾斜，則鉸鏈位置懸空，此時浮板只有部分受到浮力作用，而且鉸鏈位置應(yīng)力會發(fā)生變化，從而加重波浪能損耗；當海面處于高潮位時，波浪通過時容易淹沒浮板，造成巨大的波浪能損耗圖4原浮板CAD三視圖（單位：mm；比例：10∶1)考慮以上分析，在原有浮板的基礎(chǔ)上，提出一種優(yōu)化的浮板模型，如圖5所示。該浮板模型不僅使用浮板底部作為吸收波浪能的載體，而且在前部增加了收集海水動能的集浪板。在保證浮板質(zhì)量變化不大的基礎(chǔ)上，同時增加浮板的厚度和吃水深度從圖5中可看出，浮板吸收水平方向動能的能力將會得到提升，同時也可以解決波浪越過浮板的問題根據(jù)前期構(gòu)想，建立圖6所示的優(yōu)化后浮板CAD三視圖。從圖中可看出，浮板長度由3.8m縮短為3.5m左右，寬度仍保持為4m，而厚度提高至1m左右的斜面主視圖中三角形部分為集浪板，加上集浪板后浮板前端高度接近2m，與密封的浮板連?

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