【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(jī),而且能解決海島和邊遠(yuǎn)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(hù)等優(yōu)勢(shì),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(dòng)力性能對(duì)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(dòng)力學(xué)(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法對(duì)波浪與擺板之間的相互作用進(jìn)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(jìn)的邊界力模型。為了抑制數(shù)值計(jì)算中強(qiáng)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(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)軌跡,采用了經(jīng)典的剛體動(dòng)力學(xué)方程。論文第三章采用SPH方法分別對(duì)駐波流動(dòng)、規(guī)則波浪進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)比分析了不同類型的核函數(shù)對(duì)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(dòng)。對(duì)比研究了邊界力模型對(duì)SPH數(shù)值模擬結(jié)果的影響,結(jié)果表明本文提出的改進(jìn)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(huì)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(xiàn)中的數(shù)值結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了本文SPH模型能夠用于模擬自由面流動(dòng)。第四章采用SPH方法分別對(duì)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(jìn)行了數(shù)值模擬,并將SPH計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果或文獻(xiàn)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。本文SPH模擬得到的作用于剛體板的波浪力與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了本文采用的SPH模型能夠很好的預(yù)測(cè)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(dòng)角度與文獻(xiàn)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(duì)岸基鉸接漂浮擺進(jìn)行了數(shù)值模擬,并深入分析了擺板的水動(dòng)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(dāng)兩個(gè)漂浮擺相互作用時(shí),隨著兩個(gè)擺板之間距離的增大,前后兩個(gè)擺板的平均有效功率呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì),靠近造波板的擺板平均有效功率逐漸增大,遠(yuǎn)離造波板的擺板平均有效功率逐漸減小;當(dāng)兩個(gè)擺板間距足夠大時(shí),前后兩個(gè)擺板的平均有效功率不再改變。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jiǎn)單、生存性高、岸基發(fā)電等特點(diǎn)。該裝逡逑置從２００３年開始模型試驗(yàn)，２００５年實(shí)現(xiàn)商品化，２００９年研制的Ｏｙｓｔｅｒ邋ｌ－３１５ｋＷ逡逑型全比例樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。逡逑．．邋．．邋．一，逡逑圖１．２英國(guó)Ｏｙｓｔｅｒ發(fā)電系統(tǒng)逡逑３逡逑

圖１．３英國(guó)Ｏｙｓｔｅｒ裝置實(shí)物圖逡逑以色列Ｅｃｏ邋Ｗａｖｅ邋Ｐｏｗｅｒ公司［１２］設(shè)計(jì)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(dòng)作用下逡逑擺扳上下擺動(dòng)，帶動(dòng)皎接在擺板上的液壓桿運(yùn)動(dòng)，液壓桿通過壓縮液壓缸將機(jī)械逡逑能轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓能通過驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)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(jìn)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(hù)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(guó)從２００８年開始了對(duì)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(guó)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(jì)，由２個(gè)獨(dú)逡逑立發(fā)電系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 雷娟棉;黃燦;;一種改進(jìn)的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)前處理方法[J];物理學(xué)報(bào);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(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(hào)：2716849