發(fā)布時(shí)間：2020-06-01 15:23

【摘要】： 岸式振蕩水柱波能發(fā)電裝置是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的波能轉(zhuǎn)換利用裝置。對(duì)該類(lèi)波能轉(zhuǎn)換裝置的全面深入研究,可為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)更為高效的波能轉(zhuǎn)換與利用裝置提供指導(dǎo),對(duì)解決日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。本文以岸式振蕩水柱波能發(fā)電裝置的實(shí)用化開(kāi)發(fā)為背景,采用物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)該類(lèi)波能發(fā)電裝置進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 對(duì)氣室結(jié)構(gòu)的物理模型試驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)了氣室內(nèi)自由水面振蕩波幅、相對(duì)壓強(qiáng)及輸氣管內(nèi)空氣流速與入射波要素的變化關(guān)系,考察了氣室寬度、前墻吃水深度、前墻厚度、底坡坡角及氣室頂部開(kāi)口形式在不同的波周期區(qū)對(duì)氣室波能俘獲能力的影響,在此基礎(chǔ)上遴選出影響氣室工作性能的主要參量,并建議根據(jù)不同氣室結(jié)構(gòu)和參量選擇二、三維數(shù)值計(jì)算模式。 本研究構(gòu)建了基于水氣兩相VOF模型的二、三維數(shù)值波浪水槽,采用PLIC法進(jìn)行自由水面追蹤方法有效可靠,波浪周期、波長(zhǎng)及波高等參量的計(jì)算值與理論解析解基本一致。 氣室結(jié)構(gòu)的二維數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),相對(duì)波幅會(huì)在入射波周期范圍內(nèi)形成三個(gè)具有不同分布特征的區(qū)域:短周期區(qū),峰值區(qū)及長(zhǎng)周期區(qū)。氣室寬度較小時(shí),氣室墻前水深、氣室前墻吃水深度、氣室前墻厚度及海底坡角對(duì)氣室性能具有一定的影響;氣室寬度較大時(shí),相對(duì)波幅在入射波周期范圍內(nèi)不存在峰值區(qū),且上述各參量對(duì)氣室波能俘獲能力的影響則較小。 與二維計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果相比,三維數(shù)值波浪水槽能夠更為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣室內(nèi)相對(duì)波幅、相對(duì)壓強(qiáng)及輸氣管內(nèi)流速。氣室寬度、氣室長(zhǎng)度及輸氣管管徑對(duì)氣室工作性能的影響較大,輸氣管管長(zhǎng)及其裝配位置對(duì)氣室波能轉(zhuǎn)換效率的影響則較小。波浪聚集裝置能夠在長(zhǎng)周期區(qū)提高氣室—輸氣管系統(tǒng)的工作性能,多孔介質(zhì)模型可模擬空氣透平對(duì)氣室—輸氣管系統(tǒng)的壓降作用及其對(duì)輸氣管內(nèi)流量變化的影響。 本文建立了基于多重參考系模型沖擊式透平的三維數(shù)值模擬方法,確定了計(jì)算中應(yīng)采用的湍流計(jì)算模型,網(wǎng)格類(lèi)型與網(wǎng)格數(shù)范圍。與試驗(yàn)結(jié)果的比較表明,三維數(shù)值模擬對(duì)透平工作性能的計(jì)算結(jié)果優(yōu)于二維模式。本研究通過(guò)數(shù)值模擬得到了透平內(nèi)空氣流場(chǎng)及動(dòng)葉片表面壓力分布規(guī)律,給出了動(dòng)葉片數(shù),透平徑間比,動(dòng)葉片入射角,動(dòng)葉片裝置角,透平輪轂比及動(dòng)葉片外徑間隙的最佳設(shè)計(jì)值,提出了在動(dòng)葉片頂端安裝環(huán)形蓋板及設(shè)置動(dòng)葉片彎扭角的優(yōu)化方案。
【圖文】：

.波能利用裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，建造和維護(hù)方便，便于進(jìn)行群體化、密集型開(kāi)發(fā)。能利用的主要形式為波力發(fā)電。波力發(fā)電裝置通常具有兩個(gè)部分：第一部分為，作用是俘獲波浪能；第二部分為轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即把俘獲的波浪能轉(zhuǎn)換為某種特機(jī)械能或電能。采集系統(tǒng)的波能轉(zhuǎn)換基本原理如圖 1-1 所示，主要包括振蕩水搖式、沖動(dòng)式、垂蕩式及垂蕩與搖擺式；轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有空氣葉輪、低水頭水輪機(jī)統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)等，提高轉(zhuǎn)換效率的方法有可控葉片、變阻尼、整流，提高能量質(zhì)量的方法有能量緩沖和調(diào)勵(lì)磁等。 中國(guó)開(kāi)發(fā)波力發(fā)電的必要性力發(fā)電已經(jīng)經(jīng)歷了 100 多年的歷史，由航標(biāo)燈用小型化發(fā)展到與電力系統(tǒng)并網(wǎng)型化，，由試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)代發(fā)展到商品化、商業(yè)化和國(guó)際貿(mào)易化時(shí)代。目前世界各認(rèn)波力發(fā)電是海洋能源開(kāi)發(fā)利用的重要項(xiàng)目，是清潔無(wú)污染的可再生新能源的圖 1-1 波能轉(zhuǎn)換裝置示意圖

服役地點(diǎn)的水深情況、設(shè)計(jì)工藝及施工條件，波力發(fā)電裝置大致可分式（Offshore Devices）；近岸式（Near-shore Devices）；靠岸式（Shoreline D的重點(diǎn)為非振蕩水柱式裝置，振蕩水柱式裝置將在下一節(jié)集中介紹。 離岸式裝置多是被安置在水深大于 40m 的波能資源豐富的海區(qū)。近期的研究塊化、高效能輸出、便于批量組裝應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。國(guó)際上公認(rèn)具有種：式波能船（Floating Wave Power）飄浮式波能船[13]是由瑞典開(kāi)發(fā)的一波力發(fā)電裝置（圖 1-2），主要組成部分為一個(gè)由四個(gè)壓載倉(cāng)支撐的飄浮錨固系統(tǒng)可使船體正對(duì)波能最強(qiáng)的方向。該裝置的工作原理類(lèi)似于漸HAN）裝置，海水返回到海中時(shí)可帶動(dòng)低水頭水輪機(jī)工作發(fā)電。其優(yōu)，且可適應(yīng)各種極端海況。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：P743.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 高山;二維數(shù)值波浪水槽模式的建立和應(yīng)用及浪流相互作用研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2691680