【摘要】：在全球推進(jìn)新能源發(fā)展的環(huán)境下,波浪能作為一種清潔無(wú)污染的可再生能源,既可降低石油開(kāi)采耗氣量、節(jié)約資源,又可減少二氧化碳排放,是應(yīng)對(duì)能源短缺以及環(huán)境問(wèn)題,發(fā)展清潔能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的重要選擇之一。我國(guó)南海波浪能資源豐富,可開(kāi)發(fā)利用程度高,浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置作為適用廣泛型裝置,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獲能構(gòu)件不與海水接觸,安裝方便、可靠性高,備受專家學(xué)者的關(guān)注。縱搖浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的浮子外形對(duì)裝置整體獲能效率的影響較大,而理論、數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究多集中于柱形、球形等有限外形。因此,本文針對(duì)縱搖浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的外形優(yōu)化及局部設(shè)計(jì)展開(kāi)研究,并對(duì)裝置的水動(dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算分析。首先,采用商業(yè)軟件ANSYS-AQWA計(jì)算分析柱形球底、錐底、臺(tái)底三種常見(jiàn)外形的浮子水動(dòng)力性能,并以此為母型數(shù)據(jù),構(gòu)建參數(shù)化的外形優(yōu)化方案,對(duì)浮子的外形和內(nèi)部布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);然后,建立縱搖浮子的水動(dòng)力模型,模擬縱搖浮子在波浪中運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力特性,研究?jī)?nèi)置擺板與浮子的耦合運(yùn)動(dòng)方程,編程計(jì)入到浮子運(yùn)動(dòng)中,利用MATLAB軟件對(duì)所設(shè)計(jì)浮子的功率、俘獲寬度比進(jìn)行計(jì)算,并分析各影響要素對(duì)裝置功率的影響;最后,運(yùn)用FORTRAN軟件對(duì)AQWA進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),在規(guī)則波、不規(guī)則波等多種工況下,分析校核發(fā)電裝置的運(yùn)動(dòng)情況、受力情況及安全性能。研究結(jié)果表明:球底型浮子是三類基本外形中縱搖性能最好的;浮子外形影響因素中,迎浪寬度和弧度對(duì)浮子的縱搖性能影響較大;內(nèi)部布局影響要素中,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)浮子的縱搖性能影響較大;設(shè)計(jì)浮子的頻域水動(dòng)力性能滿足海上移動(dòng)平臺(tái)規(guī)范要求,縱搖響應(yīng)性能較優(yōu);裝置的功率隨著PTO阻尼系數(shù)和內(nèi)置擺動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I_3的增加而升高;規(guī)則波和不規(guī)則波等各種工況條件下,裝置都能安全穩(wěn)定的運(yùn)行,可靠性高。本文的研究成果對(duì)于南海海域中縱搖浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力性能影響研究,以及完善縱搖浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)研究具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P742;P743.2
【圖文】：

子式波能發(fā)電裝置水動(dòng)力性能的研究，本章通運(yùn)動(dòng)的情況下，研究線性波浪的理論表達(dá)式，域運(yùn)動(dòng)方程、浮子時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程，分析浮子的界條件搖浮子式波能轉(zhuǎn)換發(fā)電裝置的性能，本文采用yz[54]：坐標(biāo)原點(diǎn)取在與靜水面重合的流場(chǎng)水平面軸構(gòu)成笛卡爾右手坐標(biāo)系，如圖 2.1 所示。浮ge（縱蕩）、sway（橫蕩）、heave（垂蕩）、roll（可將三個(gè)蕩歸為線位移，三個(gè)搖歸為角位移。主要研究其縱搖運(yùn)動(dòng)及縱搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，即浮子

0GM 為初穩(wěn)心高。浮子在縱搖時(shí)，浮心發(fā)生移動(dòng)，重心G 、浮心B 、移動(dòng)后的浮心1B 、穩(wěn)心 M 如圖2.2 所示。圖 2.2 縱搖浮子截面圖該浮子的縱搖初穩(wěn)心高GM 可表示為：GM BM BG(2-21)式中，BM 為縱搖穩(wěn)心半徑，BG 為浮心和重心之間的距離。LIBM (2-22)

為：( 1, 2,3, 4,5,6)jjn jn 動(dòng)浮子在波浪中的 6 個(gè)自由度的輻射勢(shì)，jn 為merfeld 方程為：0lim ( ) 0 ( 1, 2,3, 4,5,6jjrr ik jr 射勢(shì)的 Fredmolm 方程為：0 0( , )( )) ( ) ( , ) B BjjS SG x xx x ds G x x ds n n 流體與浮子邊界處的離散為等參元法，如圖 對(duì)節(jié)點(diǎn)處的速度勢(shì)進(jìn)行求解。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2787869