波浪能以其儲量大、無污染、可重復(fù)開發(fā)利用的優(yōu)點，成為國內(nèi)外海洋能開發(fā)利用研究的熱點。深入研究開發(fā)適合我國特定海域的波浪能轉(zhuǎn)換裝置，對解決我國部分區(qū)域的用電問題具有重要意義。單浮子式波浪能發(fā)電裝置是基于海洋結(jié)構(gòu)物垂蕩運動設(shè)計而成，具有結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、轉(zhuǎn)換效率較高、可靠度好等優(yōu)點。本文以浮子式波能發(fā)電裝置的工程應(yīng)用研究為背景，采用模型試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對整個波能發(fā)電系統(tǒng)進行研究。 本文在介紹微幅波理論，分析波浪運動特性、波浪能的計算方法的基礎(chǔ)上，開展了以下幾個部分的研究工作。 (1)水動力計算分析：波能發(fā)電裝置是利用物體間的相對運動獲取波浪能而工作的，對波能采集裝置的形狀進行理論上的分析計算，推導(dǎo)出常見形狀的采集裝置所受垂向波浪激勵力。在此基礎(chǔ)上，對篩選出圓柱體的變形體——圓臺形浮體、倒圓臺形浮體與垂直放置圓柱體的水動力性能進行數(shù)值計算與分析。將數(shù)值計算得到的波激力與空載模型實驗的結(jié)果進行了對比,數(shù)值計算和模型試驗結(jié)果基本吻合,數(shù)值計算結(jié)果合理。 (2)模型試驗：設(shè)計了一種基于浮體垂蕩運動的波能發(fā)電裝置模型，并設(shè)計了相應(yīng)的儲能環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、液壓管路系統(tǒng)以及液壓缸、液壓馬達、發(fā)電機之間匹配關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對模型進行了規(guī)則波下的實驗，主要研究入射波波高、頻率和浮體初始吃水深度等因素變化對波能發(fā)電裝置的水動力性能的影響，進而研究這些因素變化與發(fā)電功率之間的變化關(guān)系。 (3)實驗結(jié)果對比與分析：針對四種波高情況、四種波頻工況下的波能轉(zhuǎn)換量和波能轉(zhuǎn)換效率給予結(jié)果對比和分析，得出結(jié)論：1)本裝置波能發(fā)電量隨著入射波波高的增加而增大；2)在裝置固有頻率附近，裝置易發(fā)生共振現(xiàn)象，波能發(fā)電量最大；3)波能轉(zhuǎn)換效率變化趨勢比較復(fù)雜，對于本裝置在入射波波高為0.36m，波頻為0.4hz時，波能轉(zhuǎn)換效率最大為22%。 本文綜合運用數(shù)值模擬和模型試驗的方法，研究了影響裝置發(fā)電量和轉(zhuǎn)換效率的主要因素——浮體初始吃水深度、入射波波高、入射波頻率，給出了裝置波能轉(zhuǎn)換效率最優(yōu)的入射波要素；為實際的工程應(yīng)用提供了一定的參考價值和依據(jù)。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：TM612;P743.2;U661.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外波浪能發(fā)電裝置研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
        1.2.1 國外典型的漂浮式波浪能發(fā)電裝置
        1.2.2 國內(nèi)外波能發(fā)電裝置研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和擬解決的問題
    1.4 本文研究思路與設(shè)計流程
第2章 波浪理論及浮子式波浪能發(fā)電原理
    2.1 微幅波理論
        2.1.1 微幅波理論的基本方程和邊界條件
        2.1.2 微幅波理論解
        2.1.3 微幅波波浪的運動特性
    2.2 波浪能
        2.2.1 微幅波的波浪能
        2.2.2 微幅波的波流能
    2.3 浮子式波浪能發(fā)電原理
    2.4 本章小結(jié)
第3章 波能采集裝置——浮子的設(shè)計
    3.1 弗汝德一克雷洛夫（ 簡稱 FK）假定法
    3.2 常見浮體的波浪力
        3.2.1 長方體上的波浪力
        3.2.2 圓球狀浮體上的波浪力
        3.2.3 水平放置圓柱浮體上的波浪力
        3.2.4 垂直放置圓柱形浮體上的波浪力
    3.3 常見形狀浮子所受垂向波浪力的數(shù)值計算
    3.4 浮子形狀的優(yōu)選
    3.5 本章小結(jié)
第4章 波能采集裝置的水動力數(shù)值分析
    4.1 水動力系數(shù)理論分析
    4.2 線性波浪激勵下的運動方程
    4.3 水動力分析模型
        4.3.1 濕表面模型
        4.3.2 質(zhì)量分布
        4.3.3 結(jié)構(gòu)模型
    4.4 浪向角和入射波頻率的設(shè)計
    4.5 波能采集浮筒的水動力系數(shù)
    4.6 本章小結(jié)
第5章 振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計
    5.1 振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置
        5.1.1 波浪能發(fā)電裝置的組成
        5.1.2 波浪能發(fā)電裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計
    5.2 模型試驗設(shè)計實物
    5.3 本章小結(jié)
第6章 波能發(fā)電裝置的水動力性能實驗研究
    6.1 實驗?zāi)康?br>    6.2 實驗條件與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)
        6.2.1 實驗條件
        6.2.2 數(shù)值采集分析系統(tǒng)
    6.3 實驗室模型試驗的布置與設(shè)計
        6.3.1 模型試驗布置
        6.3.2 實驗步驟
    6.4 數(shù)值模擬方法的模型試驗驗證
    6.5 實驗結(jié)果與分析
        6.5.1 波能采集浮筒所受垂向波浪力的影響因素分析
        6.5.2 波能采集浮筒垂蕩運動位移的影響因素分析
        6.5.3 波能采集浮筒垂蕩運動速度的影響因素分析
    6.6 波能發(fā)電效率的影響因素分析
        6.6.1 俘獲寬度比
        6.6.2 實驗結(jié)果處理與分析
    6.7 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論和展望
    7.1 本文工作總結(jié)
    7.2 研究展望
參考文獻
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
詳細摘要

【參考文獻】

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2 余志,蔣念東,游亞戈;大萬山岸式振蕩水柱波力電站的輸出功率[J];海洋工程;1996年02期

3 鄭永紅,鄧幼俊,游亞戈,沈永明;狀態(tài)空間模型在海洋波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的應(yīng)用 Ⅰ.數(shù)值模擬方法改進[J];海洋學(xué)報(中文版);2003年06期

4 蘇永玲,謝晶,葛茂泉;振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置研究[J];上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報;2003年04期

5 俞聿修;布氏譜公式的探討[J];水運工程;1986年03期

6 余志;;波動理論在海洋波浪能利用中的應(yīng)用[J];自然雜志;1987年10期

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2 王凌宇;海洋浮子式波浪發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計及試驗研究[D];大連理工大學(xué);2008年

本文編號：2876305