為解決波能轉(zhuǎn)換裝置向深水環(huán)境推進(jìn)過(guò)程中存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題,借鑒海洋工程中常用的穩(wěn)性輔助構(gòu)件形式,在現(xiàn)有的點(diǎn)吸式波能裝置基礎(chǔ)上引入阻尼板.基于線性微幅波假設(shè),通過(guò)特征函數(shù)展開(kāi)和邊界匹配的勢(shì)流半解析方法,結(jié)合多自由度振動(dòng)理論,探索阻尼板的存在及其構(gòu)型參數(shù)變化對(duì)獲能系統(tǒng)水動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及能量轉(zhuǎn)換效率的影響.計(jì)算結(jié)果表明,阻尼板會(huì)降低浮子受到的波浪激勵(lì)力,阻尼板與浮子間的相互作用水動(dòng)力大于浮子自身運(yùn)動(dòng)受到的水動(dòng)力,且主要體現(xiàn)在慣性載荷部分;阻尼板會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)兩個(gè)耦合共振頻率,且新出現(xiàn)的共振頻率對(duì)阻尼板半徑更加敏感,在較小共振頻率處的最優(yōu)波能轉(zhuǎn)換效率均隨著阻尼板半徑和浸沒(méi)深度增加先增大后減小.研究結(jié)果可為深水波浪能利用的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),為后續(xù)振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置優(yōu)化提供依據(jù). 

【文章來(lái)源】：江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,34(02)

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

波能轉(zhuǎn)換振動(dòng)模型

文中波能裝置工作水域深度為h,獲能結(jié)構(gòu)為半徑為R1,吃水為d1 的漂浮圓柱形浮子,載體為與浮子共軸的浸沒(méi)于浮子下方的阻尼圓盤(pán),定義其半徑為R2,浸水深度為d2,厚度為t.裝置中PTO系統(tǒng)安裝在立柱內(nèi)部,連接浮子于阻尼板,不會(huì)對(duì)系統(tǒng)水動(dòng)力產(chǎn)生影響,由此可以得到流域劃分(圖2).在柱坐標(biāo)系(r,θ,z)下,為便于描述波能裝置在波浪中的流場(chǎng)特性,定義水平面rOθ在靜水面上,Oz軸垂直向上.根據(jù)線性波理論,流域中的速度勢(shì)可以提出其時(shí)間因子e-iωt,由此得到的空間速度勢(shì)Φ(r,θ,z)可以分解為入射勢(shì)、繞射勢(shì)和輻射勢(shì),具體可以表示為:

由于阻尼板的存在,浮子的輻射水動(dòng)力特性發(fā)生了很大的變化.浮子自身的附加質(zhì)量和輻射阻尼隨著阻尼板半徑的增大而不斷增大,如圖3(c)和3(e),此外值得注意的是,浮子與阻尼板之間的相互作用輻射作用力體現(xiàn)為負(fù)的,如圖3(d)和3(f)所示,由此說(shuō)明浮子和阻尼板的自激勵(lì)運(yùn)動(dòng),均會(huì)促進(jìn)對(duì)方的運(yùn)動(dòng),且相互作用力的絕對(duì)值也隨著阻尼板半徑增大而逐漸增大.還可以看出,帶阻尼板浮子比單個(gè)浮子受到的輻射作用力要大,且隨著阻尼板增大,這種增大現(xiàn)象更加明顯.阻尼板及其參數(shù)變化對(duì)浮子及阻尼板運(yùn)動(dòng)的影響見(jiàn)圖3(g)和(h),浮子由于阻尼板的存在運(yùn)動(dòng)幅值增大,且其固有頻率隨阻尼板半徑增大向低頻移動(dòng),阻尼板自身運(yùn)動(dòng)隨其半徑增大減小,固有頻率也逐步減小,由此可得,在給定波浪條件下,阻尼板會(huì)使得浮子運(yùn)動(dòng)加劇.圖4描述了阻尼板半徑給定后,其浸沒(méi)深度改變對(duì)浮體所受波浪激勵(lì)力的影響.當(dāng)增大阻尼板浸沒(méi)深度時(shí),浮子的波浪激勵(lì)力保持不變,但阻尼板存在使得其小于單個(gè)浮子受到的波浪激勵(lì)力,如圖4(a),阻尼板受到的波浪激勵(lì)力隨著阻尼板浸沒(méi)深度增加更加明顯,尤其體現(xiàn)在高頻部分,與阻尼板浸沒(méi)深度呈反相關(guān),如圖4(b)所示.當(dāng)增大其浸沒(méi)深度,帶阻尼板浮子由自激勵(lì)運(yùn)動(dòng)所受的輻射作用力有略微減小,但總體上要遠(yuǎn)大于不帶阻尼板時(shí)受到的作用力,如圖4(c)和4(e).同樣的,浮子由于阻尼板作自激勵(lì)垂蕩運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輻射波作用力呈現(xiàn)為負(fù)的,其中附加質(zhì)量絕對(duì)值與阻尼板浸沒(méi)深度呈反相關(guān),而阻尼部分在低頻時(shí)幾乎沒(méi)有變化,在高頻時(shí),也與浸沒(méi)深度呈反相關(guān),如圖4(d)和(f)所示.改變阻尼板吃水對(duì)浮子及阻尼板自身運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響如圖4(g)和(h)所示,可以看出,阻尼板吃水對(duì)浮子的運(yùn)動(dòng)幾乎沒(méi)有影響,但阻尼板吃水增加,其運(yùn)動(dòng)幅值迅速降低.


本文編號(hào)：3527703