隨著化石能源的枯竭和各種環(huán)境問題越來越嚴(yán)重,清潔能源受到世界各國越來越多的關(guān)注,波浪能作為非常有潛力的清潔能源之一,對(duì)于解決化石能源帶來的各種問題,具有重要的意義。本論文旨在研究基于實(shí)際海況的水平軸波浪能發(fā)電裝置的波浪能捕獲效率和兩次沖擊過程中的裝置結(jié)構(gòu)可靠性。本文首先介紹發(fā)電裝置的類型和工作原理,以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,并對(duì)水平軸波浪能發(fā)電裝置的核心部件水輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行詳細(xì)的描述。介紹數(shù)值水槽的主要模型以及邊界條件和控制方程等,介紹數(shù)值造波過程中的自由液面邊界條件和波浪的模型,以及自由液面監(jiān)測的相關(guān)方法和各自的優(yōu)勢。其次,使用Fluent軟件建立數(shù)值水槽,對(duì)水槽進(jìn)行離散,通過對(duì)水槽中的波浪建立時(shí)間單位的監(jiān)測和長度單位的監(jiān)測,確定波浪隨著水槽長度變化的衰減從而確定水平軸波浪能發(fā)電裝置的布放位置,通過對(duì)阻尼區(qū)波高的監(jiān)測,研究阻尼系數(shù)對(duì)于消波的影響,從而確定數(shù)值水槽合理的阻尼常數(shù)。然后建立包含水輪機(jī)轉(zhuǎn)子和流道的水平軸波浪能發(fā)電裝置的二維模型,將裝置布放在數(shù)值水槽中,介紹數(shù)值仿真所需要的運(yùn)動(dòng)模型和交界面設(shè)置。對(duì)模型的轉(zhuǎn)速和扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行提取,通過Savitzky-Golay濾波方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理,通過仿真的云圖和扭矩曲線解釋水平軸波浪能發(fā)電裝置在兩次沖擊過程的特點(diǎn)。建立漸開線式和雙圓弧式的水平軸波浪能發(fā)電裝置,對(duì)不同線型的裝置的扭矩和波浪能捕獲效率進(jìn)行對(duì)比,從而發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的水輪機(jī)線型。研究表明,漸開線式的水輪機(jī)的波能捕獲效率更高。裝置的淹沒水深是另一個(gè)影響波浪能捕獲效率的重要因素,通過建立不同淹沒水深的漸開線式水輪機(jī)裝置模型,對(duì)裝置最優(yōu)的淹沒水深進(jìn)行分析與研究,從而確定裝置的最優(yōu)淹沒水深。最后,建立水平軸波浪能發(fā)電裝置的三維模型,對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置,在流體仿真的基礎(chǔ)上,建立流固耦合面,將流體仿真的壓力數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維模型中,對(duì)相應(yīng)的部位進(jìn)行施加,得到水輪機(jī)兩次沖擊時(shí)裝置的變形量和應(yīng)力云圖,從而驗(yàn)證裝置在波浪作用下的可靠性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P743.2;P742
【部分圖文】：

１．２．１．振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置??振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置按照是否固定分為：岸基式和漂浮式兩種形式。岸??基式波浪能發(fā)電裝置如圖１．１，主要組成部分為：浸沒在水底的混凝土結(jié)構(gòu)或者??鋼結(jié)構(gòu)，包含自由液面（即水柱）的開放部分以及氣閥的氣室，包含汽輪機(jī)的發(fā)??電部分。??汽輪＼?閥??空氣１?＾?１°＼?水柱??海癢?｜?波浪??圖１．１岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置??２０世紀(jì)７０年代發(fā)明的威爾斯渦輪機(jī)，因?yàn)椴恍枰獨(dú)怏w調(diào)節(jié)閥而得到了廣泛??的應(yīng)用。１９９９年在葡萄牙亞速爾群島安裝的Ｐｉｃｏ裝置，如圖１．２?（ａ）所示，額??定功率為４００ｋＷ，目前仍在運(yùn)行中Ｐｉｃｏ坐落在海床上，毗鄰峭壁。２０００年??安裝完成的Ｉｓｌａｙ裝置，如圖１．２（ｂ）所示，額定發(fā)電功率為５００ｋＷ，安裝在巖石??峭壁中Ｍ。１９９５年大型岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置一一ＯＳＰＲＥＹ，額定功率??為１ＭＷ，被海浪破壞，沉入了蘇格蘭海域［１６］。Ｏｃｅａｎｌｉｎｘ設(shè)計(jì)的ｇｒｅｅｎＷＡＶＥ，功??２??

第１章緒論??率為１ＭＷ，如圖１．２（ｄ）所不。２０１４年五月，裝置在從阿德來德港運(yùn)彳主麥克唐奈??港過程中，支撐３０００噸結(jié)構(gòu)的安全氣囊在澳大利亞西部發(fā)生意外，致使裝備擱??淺。韓國在濟(jì)州島附近安裝了一臺(tái)額定功率為５００ｋＷ的裝置，如圖１．２?（ｅ）所??示，該裝置３７ｍ長，３１．２ｍ寬＾如圖１．２（ｃ）所示的發(fā)電裝置，額定功率為ｌＯＯｋＷ，??２００１年在廣東省安裝完成；如圖１．２（ｆ）所示，為中國科學(xué)院廣州能源研究所，??在＂８６３計(jì)劃＂支持下建造完成的，額定功率為５０ｋＷ［１８ｌ。??（ａ）?Ｐｉｃｏ波浪能發(fā)電裝置?（ｂ）?Ｉｓｌａｙ波浪能發(fā)電裝置??Ｊ？一，德?＿??（ｃ）?１００ｋＷ波浪能發(fā)電裝置?（ｄ）?ｇｒｅｅｎＷＡＶＥ波浪能發(fā)電裝置??（ｅ）?５００ｋＷ波浪能發(fā)電裝置?（ｆ）?５０ｋＷ振蕩水柱式發(fā)電裝置??圖１．２岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置??最早的漂浮式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置是由Ｙｏｓｈｉｏ?Ｍａｓｕｄａ發(fā)明的導(dǎo)航浮??標(biāo)，其示意圖如??圖１．３所示第一個(gè)安裝在海中的大型波浪能轉(zhuǎn)換裝置是Ｋａｉｍｅｉ

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??也是由ＹｏｓｈｉｏＭａｓｕｄａ為日本海洋科學(xué)與技術(shù)中心發(fā)明的。如圖１．４?（ａ）所??示，Ｋａｉｍｅｉ是一艘大型輪船，長８０米，寬１２米，８２０噸重；在船體上建有１３??個(gè)開底的氣室，作為測試震蕩水柱式發(fā)電裝置最重要的渦輪機(jī)的平臺(tái)。該裝置??分別于１９７８到１９８０和１９８５到１９８６年布放在了日本的西海岸【１９－２１］。如圖??１．４（ｂ）所示的Ｕ－Ｇｅｎ裝置包含不對(duì)稱浮體，浮體內(nèi)裝有水的Ｕ型箱；兩側(cè)氣室??通過通道相連。Ｕ型震蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置的運(yùn)動(dòng)，主要是浮體的俯仰，??迫使空氣通過一個(gè)裝有自調(diào)整汽輪機(jī)的管道，帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)??化。２０１０年，一個(gè)１：?１６的模型（１．２５米長）在法國布雷斯特市的海洋開發(fā)研??究院波浪水槽中進(jìn)行了測試［２２］。??發(fā)電機(jī)??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雷林平;;基于Savitzky-Golay算法的曲線平滑去噪[J];電腦與信息技術(shù);2014年05期

2 王綠卿;馮衛(wèi)兵;唐筱寧;龔政;;中國大陸沿岸波浪能分布初步研究[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);2014年05期

3 郭曉晨;吳一紅;;直驅(qū)式水輪機(jī)波能利用裝置功率帶寬設(shè)計(jì)方法研究[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2013年05期

4 韋家礎(chǔ);李德堂;;近岸式波浪發(fā)電裝置研究[J];浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

5 鄭崇偉;周林;周立佳;;西沙、南沙海域波浪及波浪能季節(jié)變化特征[J];海洋科學(xué)進(jìn)展;2011年04期

6 張麗珍;羊曉晟;王世明;梁擁成;;海洋波浪能發(fā)電裝置的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];湖北農(nóng)業(yè)科學(xué);2011年01期

7 謝亞琴;雙擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪強(qiáng)度計(jì)算探討[J];水利電力機(jī)械;1994年05期

8 彭澤元;雙擊式水輪機(jī)的技術(shù)發(fā)展[J];動(dòng)力工程;1992年04期

9 洪菊生;肖琬元;;雙擊式水輪機(jī)的發(fā)展與研究[J];水輪泵;1988年02期

10 S.克斯羅伍帕納赫;M.L.阿爾貝爾特索恩;A.A.菲烏扎特;婁子龍;;雙擊式水輪機(jī)及其發(fā)展歷史[J];水電站機(jī)電技術(shù);1985年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 董若冰;雙擊式水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)研究及轉(zhuǎn)輪優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];西安理工大學(xué);2017年

2 賈瑞;橫軸轉(zhuǎn)子水輪機(jī)波浪能發(fā)電裝置水動(dòng)力學(xué)特性研究[D];山東大學(xué);2017年

3 張婷婷;微型雙擊式水輪機(jī)流場數(shù)值仿真[D];鄭州大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2869618