【摘要】：波浪能是海洋中一種豐富的可再生能源,波浪能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?不僅有助于緩解能源危機,而且能解決海島和邊遠海區(qū)的供電問題。岸基式漂浮擺波浪能發(fā)電裝置具有清潔、易維護等優(yōu)勢,是一種非常具有潛力的波浪能發(fā)電裝置。研究漂浮擺的水動力性能對提高裝置的波浪能轉(zhuǎn)化效率具有十分重要的意義。為此,本文采用光滑流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法對波浪與擺板之間的相互作用進行了數(shù)值研究。論文第二章首先介紹了 SPH基本理論以及邊界處理方法。為了阻止流體粒子穿透固壁面這一非物理問題,本文在第二章提出了一種改進的邊界力模型。為了抑制數(shù)值計算中強烈的高頻振蕩,在連續(xù)方程中添加了密度耗散模型。為了預測結(jié)構(gòu)物的運動軌跡,采用了經(jīng)典的剛體動力學方程。論文第三章采用SPH方法分別對駐波流動、規(guī)則波浪進行了數(shù)值模擬。對比分析了不同類型的核函數(shù)對SPH模擬結(jié)果的影響,結(jié)果表明高斯函數(shù)比其它函數(shù)有更高的數(shù)值精度,更適合SPH模擬自由面流動。對比研究了邊界力模型對SPH數(shù)值模擬結(jié)果的影響,結(jié)果表明本文提出的改進邊界力模型不僅能有效的避免流體粒子穿透固壁面這一非物理問題,而且不會降低數(shù)值精度和穩(wěn)定性。本文SPH模型的數(shù)值模擬結(jié)果與解析結(jié)果和文獻中的數(shù)值結(jié)果基本一致,驗證了本文SPH模型能夠用于模擬自由面流動。第四章采用SPH方法分別對孤立波沖擊剛體板問題及規(guī)則波沖擊底部鉸接漂浮擺問題進行了數(shù)值模擬,并將SPH計算結(jié)果與實驗結(jié)果或文獻數(shù)值結(jié)果進行了對比。本文SPH模擬得到的作用于剛體板的波浪力與實驗實測結(jié)果基本一致,驗證了本文采用的SPH模型能夠很好的預測作用于結(jié)構(gòu)物上的波浪力。本文SPH模擬得到的底部鉸接漂浮擺轉(zhuǎn)動角度與文獻數(shù)值結(jié)果基本一致,證明了本文發(fā)展的SPH模型能夠用于模擬流固耦合問題。最后,采用SPH方法對岸基鉸接漂浮擺進行了數(shù)值模擬,并深入分析了擺板的水動力性能。模擬結(jié)果表明擺板吸收的波浪能隨著波高的增大而增多,存在最優(yōu)阻尼系數(shù)能使得擺板吸收更多的波浪能,最優(yōu)阻尼系數(shù)值隨周期的變化而改變。當兩個漂浮擺相互作用時,隨著兩個擺板之間距離的增大,前后兩個擺板的平均有效功率呈現(xiàn)出不同的變化趨勢,靠近造波板的擺板平均有效功率逐漸增大,遠離造波板的擺板平均有效功率逐漸減小;當兩個擺板間距足夠大時,前后兩個擺板的平均有效功率不再改變。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P743.2;P742
【圖文】：

擺式波浪能發(fā)電裝置的典型代表為綠色能源公司（Ａｑｕａｍａｒｉｎｅ邋Ｐｏｗｅｒ）研發(fā)逡逑的一種底部鉸接浮力擺式波浪能裝置，這種裝置被稱為Ｏｙｓｔｅｒ邋［｜（５＇邋１｜］。Ｏｙｓｔｅｒ浮逡逑力擺由一組垂直悱列的漂浮管組成，并與底部基座鉸接連接，如圖１．２和圖１．３逡逑所示。裝置在波浪力與自身浮力的作用下來回運動，此運動壓縮水并將其傳送到逡逑陸地上，在陸地上利用水力發(fā)電裝置將液壓能轉(zhuǎn)化為電能，從而實現(xiàn)波浪能的利逡逑用。Ｏｙｓｔｅｒ擺式波浪能裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、生存性高、岸基發(fā)電等特點。該裝逡逑置從２００３年開始模型試驗，２００５年實現(xiàn)商品化，２００９年研制的Ｏｙｓｔｅｒ邋ｌ－３１５ｋＷ逡逑型全比例樣機實現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。逡逑．．邋．．邋．一，逡逑圖１．２英國Ｏｙｓｔｅｒ發(fā)電系統(tǒng)逡逑３逡逑

圖１．３英國Ｏｙｓｔｅｒ裝置實物圖逡逑以色列Ｅｃｏ邋Ｗａｖｅ邋Ｐｏｗｅｒ公司［１２］設(shè)計的兩款固定在岸邊的波浪能發(fā)電裝置，逡逑分別是“ＷａｖｅＣｌａｐｐｅｒ”和“ＰｏｗｅｒＷｉｎｇ”，如圖１．４所不。在波浪的推動作用下逡逑擺扳上下擺動，帶動皎接在擺板上的液壓桿運動，液壓桿通過壓縮液壓缸將機械逡逑能轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓能通過驅(qū)動發(fā)電機進一步轉(zhuǎn)化為電能。此類裝置安全距離逡逑小，可以陣列并行擺故，而且能夠在惡劣天氣條件下將擺板拾至與波浪脫離接觸逡逑的高度，進而避免裝置遭受破壞。另外，由于此類裝置安裝在岸邊，安裝與維護逡逑的成本較低。逡逑Ｐ邐Ｖ逡逑ｒｒ邋Ｓ＇逡逑＇邐？邐罐邋３逡逑，…．邋；．？逡逑圖邋１．４邋Ｐｏｗｅｒ邋Ｗｉｎｇ邋（左）和邋Ｗａｖｅ邋Ｃｌａｐｐｅｒ邋（右）逡逑我國從２００８年開始了對浮力擺式波浪能發(fā)電裝置的研發(fā)，目前已具備一定逡逑的研究基礎(chǔ)并突破了波浪能俘獲及轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)。圖１．５左圖是由國家海洋技逡逑術(shù)中心研制的１００ＩＣＷ浮力擺式波浪能裝置。該裝置采用模塊化設(shè)計，由２個獨逡逑立發(fā)電系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 雷娟棉;黃燦;;一種改進的光滑粒子流體動力學前處理方法[J];物理學報;2014年14期

2 曲泉鈾;何宏舟;李暉;;一種浮擺式波能發(fā)電裝置擺板運動響應的數(shù)值模擬[J];海洋工程;2013年05期

3 顧明浩;譚祺;石世寧;

本文編號：2716849