為提升浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置的效率,基于搖桿—滑塊—彈簧模型設(shè)計了一種由浮力擺直接驅(qū)動電磁式直線發(fā)電的波能轉(zhuǎn)換裝置,其中直線發(fā)電模塊一端處連接有彈簧,與浮力擺形成復(fù)合振動。建立了波能轉(zhuǎn)換裝置的物理模型,基于頻域勢流理論推導(dǎo)浮力擺所受到的波浪激振力矩、附加慣性力矩,分析波能裝置中浮力擺及位于滑塊位置處的直線發(fā)電機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特征�；贏DINA實(shí)現(xiàn)浮力擺與給定參數(shù)下的波浪域流固耦合數(shù)值模擬,計算浮力擺與波浪的流固耦合界面力。為進(jìn)一步分析直線發(fā)電模塊所連接彈簧對波能裝置發(fā)電效率的影響,分別設(shè)置為無彈簧、彈簧剛度系數(shù)為100 N/m和彈簧剛度系數(shù)為800 N/m三種不同的連接彈簧參數(shù),分析彈簧參數(shù)對直線發(fā)電模塊運(yùn)動學(xué)響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:施加彈簧可有效提升浮力擺波能轉(zhuǎn)換效率;當(dāng)所施加彈簧剛度系數(shù)與直線發(fā)電模塊所形成的結(jié)構(gòu)固有頻率接近波浪激振頻率時,系統(tǒng)形成共振,運(yùn)動學(xué)響應(yīng)最大,可實(shí)現(xiàn)浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)化設(shè)計及改進(jìn)。 

【文章來源】：海洋技術(shù)學(xué)報. 2020,39(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

浮力擺驅(qū)動直線發(fā)電系統(tǒng)

流體與浮力擺接觸面設(shè)置為流固耦合邊界。流體域的兩個側(cè)壁和底面均設(shè)置為固壁邊界條件，由于側(cè)壁對應(yīng)為假想水體截面，故設(shè)為可滑移表面。底面為岸底不可滑表面。底面為岸底不可滑表面。流體域上表面設(shè)置為自由表面邊界條件。右端面設(shè)置為具有對稱邊界的出流面，有效減小反射波，保證比較理想的消波效果。圖2所示為流體域邊界條件設(shè)置圖，同時顯示了在9.8 s時刻所施加的入口流速。2.2 浮力擺流固耦合水動力學(xué)分析

圖3為波浪流域左端施加速度v=0.5sin(0.5πt)的邊界條件時，在4 s,6 s,10 s,14 s時刻流體質(zhì)點(diǎn)的位移。由圖可知，距離左端造波邊界越近，其波面質(zhì)點(diǎn)Z向位移峰值越高，最高峰值達(dá)到0.5 m，隨著波浪的向前傳播，波面峰值呈下降趨勢。大約在第4 s時刻，迎波波浪傳遞至浮力擺位置處，浮力擺開始擺動，浮力擺上方波浪質(zhì)點(diǎn)位移峰值保持在0.36 m附近。圖4為4 s和14 s時刻流域內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)Y向位移圖，僅浮力擺周邊流域內(nèi)質(zhì)點(diǎn)存在明顯Y向位移，最大Y向位移為0.49 m，表明浮力擺與周邊流域的流固耦合相互作用明顯。圖5為4 s和14 s時刻流域流體質(zhì)點(diǎn)沿Y向速度云圖，第14 s時刻流體質(zhì)點(diǎn)沿Y向傳遞的速度云圖，波浪質(zhì)點(diǎn)沿Y軸方向速度最大為2.202 m/s，最大速度位于波面上，最小速度為-0.546 m/s，位于流域底面上。結(jié)合圖4的位移云圖，反映了波浪質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動軌跡的特性，靠近波面處流體質(zhì)點(diǎn)軌跡橢圓運(yùn)動范圍較靠近底部運(yùn)動范圍大。圖4 不同時刻流域內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)Y向位移圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置水動力性能的實(shí)驗和數(shù)值分析[D]. 劉成果.大連理工大學(xué) 2017



本文編號：3253065