【摘要】：海洋監(jiān)測浮標是進行海洋觀測,獲得海洋參數(shù)的重要工具。傳統(tǒng)海洋浮標單純采用蓄電池來進行能量供給,存在工作壽命較短,更換電池不方便等缺點。利用可再生能源,延長浮標在海上工作壽命,是目前眾多研究者關(guān)心的問題。本文提出了一種位于浮標內(nèi)部的能量收集裝置,可以收集浮標在海面上搖晃過程中的動能,并以液壓能的形式儲存在浮標內(nèi)。當浮標受風浪影響需要調(diào)整其朝向時,可將該部分能量釋放出來,驅(qū)動浮標朝向回轉(zhuǎn)機構(gòu)動作,調(diào)整浮標朝向,從而達到減小浮標電池能量消耗,延長浮標一次工作壽命的目的。本文首先通過實驗得到了浮標在四級海況下的搖晃運動方程,完成了浮標能量收集裝置機械結(jié)構(gòu)和液壓回路的設計,并闡述了該能量收集裝置將浮標動能轉(zhuǎn)化為液壓缸機械能,再轉(zhuǎn)化為蓄能器內(nèi)液壓能的能量轉(zhuǎn)換過程以及該裝置的基本工作原理。隨后,本文通過CFD數(shù)值模擬的方法,對能量收集裝置內(nèi)的擺板在水艙計算域流場中的擺動情況進行了仿真研究,通過仿真結(jié)果得到擺板運動功率及能量俘獲效率兩個參數(shù),表明該裝置中的擺板具有一定的能量俘獲功能。隨后通過網(wǎng)格獨立性驗證和實驗驗證,證明擺板擺動情況仿真結(jié)果的可靠性。本文進一步通過改變擺板材質(zhì),水艙液面高度,浮標搖晃方向及運動狀態(tài)等參數(shù),分析不同參數(shù)的變化對擺板擺動幅值及功率的影響,得到擺板具有最佳擺動功率及幅值時的參數(shù)。然后,本文對浮標能量收集裝置內(nèi)的液壓系統(tǒng)進行研究。通過AMESim軟件完成液壓仿真,確定滿足實際工況要求時的液壓元件基本參數(shù),并得到液壓馬達對浮標朝向回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動角度。之后,根據(jù)本文設計的液壓系統(tǒng),計算得到液壓缸對擺板的實際負載阻力,并根據(jù)該阻力對擺板在流場中的擺動情況重新進行仿真,得到擺動在實際負載阻力下的擺動幅值和擺動時間。最后,本文搭建該能量收集裝置水艙及擺板的實際模型。通過六自由度平臺模擬浮標在海面上的搖晃,得到擺板在流場中受到的阻力矩,從而通過實驗驗證本文提出的浮標能量收集裝置可以有效俘獲浮標搖晃產(chǎn)生的能量。
【圖文】：

邐Ｊ逡逑圖ｌ－３邋ＭＭＰ樣機邐圖１－４邋Ｓｅａｈｏｒｓｅ樣機逡逑波浪浮標是專門用于波浪參數(shù)觀測的浮標，絕大部分波浪浮標都采用球形標體，以具逡逑備很好的隨波性。波浪觀測是海洋環(huán)境觀測的重要參數(shù)之一，也是海洋環(huán)境觀測的難點之逡逑一。當前代表波浪觀測最高水平的浮標是荷蘭Ｄａｔａｗｅｌｌ公司的波浪騎士以及加拿大ＡＸＹＳ逡逑公司的波浪浮標［１８］。逡逑Ｈｉｉ邐ｊ逡逑圖１－５波浪浮標逡逑海氣通量觀測浮標是用于觀測大氣和海洋之間能量和水的相互運動和交換過程，對全逡逑球氣候變化和預報及大氣環(huán)流研究等領域具有重要作用和意義，主要觀測風速、風向、溫逡逑度、濕度、壓強、長短波輻射、降雨等參數(shù)［１９］，其中的代表成果是美國伍茲霍爾海洋研究逡逑所（ＷＨ０Ｉ）的邋ＡＳＩＭＥＴ（Ａｉｒ－Ｓｅａ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ＭＥＴｅｏｒｏｌｏｇｙ）系統(tǒng)以及邁阿密大學的逡逑ＡＳＩＳ（Ａｉｒ＿Ｓｅａ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋Ｓｐａｒ）系統(tǒng)［２°、核福射監(jiān)測浮標方面，２００５年希臘利用浮標搭逡逑載３個Ｎａｌ晶體能譜儀檢測海水中Ｙ射線能譜，實現(xiàn)了海洋輻射在線原位監(jiān)測［２１＿２２］。逡逑總的來說

公司的波浪浮標［１８］。逡逑Ｈｉｉ邐ｊ逡逑圖１－５波浪浮標逡逑海氣通量觀測浮標是用于觀測大氣和海洋之間能量和水的相互運動和交換過程，對全逡逑球氣候變化和預報及大氣環(huán)流研究等領域具有重要作用和意義，主要觀測風速、風向、溫逡逑度、濕度、壓強、長短波輻射、降雨等參數(shù)［１９］，其中的代表成果是美國伍茲霍爾海洋研究逡逑所（ＷＨ０Ｉ）的邋ＡＳＩＭＥＴ（Ａｉｒ－Ｓｅａ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ＭＥＴｅｏｒｏｌｏｇｙ）系統(tǒng)以及邁阿密大學的逡逑ＡＳＩＳ（Ａｉｒ＿Ｓｅａ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋Ｓｐａｒ）系統(tǒng)［２°、核福射監(jiān)測浮標方面，２００５年希臘利用浮標搭逡逑載３個Ｎａｌ晶體能譜儀檢測海水中Ｙ射線能譜，實現(xiàn)了海洋輻射在線原位監(jiān)測［２１＿２２］。逡逑總的來說，國外海洋技術(shù)強國的海洋浮標觀測技術(shù)技術(shù)先進、功能齊全，大部分都已逡逑經(jīng)處于長期業(yè)務化運行階段，，具有觀測精度高、長期穩(wěn)定性好、功能齊全、功耗低等特點。逡逑４逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P715.2

【參考文獻】

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本文編號：2652524