動力輸出系統(tǒng)(Power Take-Off, PTO)作為波浪能轉(zhuǎn)換裝置(Wave Energy Converter, WEC)的主要構(gòu)件之一,對系統(tǒng)運(yùn)動及能量轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。首先基于勢流理論,運(yùn)用特征函數(shù)展開法得到圓柱形浮體所在流域的速度勢函數(shù)級數(shù)表達(dá)式,進(jìn)而通過邊界匹配法得到作垂蕩運(yùn)動浮子的附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)及波浪激勵力的解析表達(dá)式。針對阻尼器特性,分別研究線性和非線性PTO阻尼作用下,浮子的運(yùn)動及波能轉(zhuǎn)換特性,重點研究了線性PTO作用下的過阻尼問題。計算結(jié)果表明,低速度指數(shù)的PTO系統(tǒng)對裝置運(yùn)動的影響主要體現(xiàn)在PTO阻尼系數(shù)上,隨著阻尼系數(shù)增大,波能裝置的共振頻率逐漸減小,但減小幅度很小;PTO系統(tǒng)的非線性特性并不能改變浮子的最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率,但是較大的速度指數(shù)能有效改善PTO系統(tǒng)的阻尼容量;在較低頻和較高頻時,通過解析算法得到的最優(yōu)PTO阻尼系數(shù)會使得裝置處于過阻尼工作狀態(tài),且在低頻部分需要進(jìn)行最優(yōu)PTO修正的最高頻率和在高頻部分需要進(jìn)行修正的最低頻率均隨著半徑和吃水的增大而逐漸減小。

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1波能轉(zhuǎn)換振動模型

假定單個浮體通過PTO系統(tǒng)與固定基座(海底)連接,在波浪作用下往復(fù)垂向振蕩,激活阻尼器進(jìn)而對外做功,此類裝置即為振蕩浮子式波浪能裝置,其振動模型可以表示如圖1所示,其中ch和kh分別表示由水動力產(chǎn)生的等效阻尼和剛度系數(shù),cp為PTO阻尼系數(shù)。浮子連接阻尼器,在波浪作用下作有阻....

圖2振蕩浮子模型及流域劃分

如前面所述,假定半徑為R,吃水為d的圓柱形結(jié)構(gòu)通過PTO系統(tǒng)連接浮于水深為h的波面上。在靜水中浮子水線面中心建立柱坐標(biāo)系(r,θ,z)來描述流場運(yùn)動,如圖2所示。在柱坐標(biāo)系下,引進(jìn)速度勢?(r,θ,z,t)來描述流場運(yùn)動,如式(12)所示

圖3吃水d/h分別為0.2(左)和0.4(右)時浮子受到的無因次垂蕩波浪激勵力幅值

不同吃水和半徑的浮子受到的垂向無因次波浪載荷如圖3和圖4所示。圖中曲線表示本文解析計算結(jié)果,標(biāo)記點表示參考文獻(xiàn)[9]的計算結(jié)果,兩種計算結(jié)果幾乎一致,由此說明本文繞射問題求解的準(zhǔn)確性。從圖3可以得知,對于給定吃水的圓柱形浮子,在波浪頻率為0時,無因次的波浪激勵力為1;而在波浪頻率....

圖4半徑R/h分別為0.1(左)和0.2(右)時浮子受到的無因次垂蕩波浪激勵力幅值

如果給定浮子半徑,改變其吃水受到的無因次波浪激勵力如圖4所示。從圖中可以看出,頻率從低到高的過程中,波浪激勵力從1減小到0,浮子吃水越大,減小的更加迅速。2.2垂向響應(yīng)振幅

本文編號：3891747