獲得長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)、多維度的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)是認(rèn)識(shí)、開發(fā)、利用和保護(hù)海洋的基礎(chǔ),水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)獲取的重要手段之一。水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元,起著數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、聲學(xué)通訊和組網(wǎng)等諸多作用。本文對(duì)所設(shè)計(jì)的采用蓄電池供能的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了海試,針對(duì)實(shí)驗(yàn)中節(jié)點(diǎn)所體現(xiàn)的不足之處,提出了一種基于混合型波浪能發(fā)電裝置供能的能源替代方案,以期實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)能夠在水下長(zhǎng)期連續(xù)工作和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞的功能。本文首先介紹了海試的基本情況,并對(duì)目標(biāo)海域流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量,海試結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案和流場(chǎng)反演方法是可行的;為了進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的功能,提出了基于波浪能供能的能源替代方案,該能源替代方案一方面通過水面浮體在波浪下的運(yùn)動(dòng)為節(jié)點(diǎn)提供電能,另一方面處于水面的浮體能夠與衛(wèi)星通訊,從而將水下節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給岸基。然后在線性阻尼條件下,對(duì)裝置發(fā)電機(jī)理和實(shí)現(xiàn)最佳能量俘獲時(shí)所應(yīng)滿足的條件進(jìn)行了研究,結(jié)果表明裝置在滿足頻率匹配和阻尼匹配時(shí)能夠達(dá)到最佳能量俘獲狀態(tài);進(jìn)一步地通過有限元分析的方法計(jì)算了裝置浮體本體的固有頻率和各階模態(tài)振型,結(jié)果表明通過改變裝置物理參數(shù)能夠提高能量的俘獲效率,但效果并不理想,要想完全滿足頻率匹配則裝置的尺寸將變得十分巨大,在工程實(shí)現(xiàn)上并不現(xiàn)實(shí),通過研究能量輸出系統(tǒng)阻尼來提高效率將是可行性最強(qiáng)的措施之一。進(jìn)一步地,通過數(shù)值計(jì)算的方法重點(diǎn)研究了混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的液壓式能量輸出系統(tǒng)的性能,并對(duì)重要元件蓄能器的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明實(shí)際的液壓式能量輸出系統(tǒng)阻尼是一個(gè)非線性的變化量,同時(shí)液壓式能量輸出系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)壓、削峰填谷的性能;蓄能器的容積、預(yù)充壓力、串并聯(lián)等參數(shù)對(duì)液壓式能量輸出系統(tǒng)性能及輸出功率都有著重要的影響。最后提出了一種基于部分液壓缸旁通的變阻尼控制策略,并用數(shù)值模擬的方法對(duì)其在低海況和周期內(nèi)兩種工況下的控制效果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,采用部分液壓缸旁通的變阻尼控制策略,對(duì)增強(qiáng)裝置的海況適應(yīng)性、提高能量俘獲功率是有用的。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P743.2;TM612
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1. 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能源替代技術(shù)研究進(jìn)展
    1.3 波浪能發(fā)電技術(shù)研究進(jìn)展
        1.3.1 波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)研究進(jìn)展
        1.3.2 能量輸出系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的及意義
    1.5 主要研究?jī)?nèi)容
    1.6 文章架構(gòu)
2. 混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置物理模型與動(dòng)力學(xué)模型
    2.1 采用波浪能供電的節(jié)點(diǎn)能源替代方案
        2.1.1 節(jié)點(diǎn)海上試驗(yàn)
        2.1.2 海試結(jié)果與問題提出
        2.1.3 基于混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的能源替代方案
    2.2 混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置物理模型
        2.2.1 混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的組成
        2.2.2 混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的工作原理
        2.2.3 混合型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的特點(diǎn)
    2.3 浮體本體往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析
        2.3.1 概述
        2.3.2 模型簡(jiǎn)化
        2.3.3 浮體本體往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程
    2.4 鴨頭擺的擺動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析
        2.4.1 模型簡(jiǎn)化
        2.4.2 鴨頭擺的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程
    2.5 本章小結(jié)
3. 波浪能發(fā)電理論與最佳能量俘獲研究
    3.1 概述
    3.2 波浪力與波浪力的計(jì)算
        3.2.1 幾種波浪理論
        3.2.2 微幅波理論
        3.2.3 波浪力的計(jì)算方法
    3.3 浮體本體能量最佳俘獲研究
        3.3.1 能量最佳俘獲研究的意義
        3.3.2 浮體往復(fù)運(yùn)動(dòng)能量最佳俘獲求解
    3.4 浮體的模態(tài)分析
        3.4.1 模態(tài)分析概述
        3.4.2 模態(tài)分析概述
        3.4.3 計(jì)算結(jié)果與結(jié)果分析
        3.4.4 增加壓載時(shí)的模態(tài)分析
    3.5 波浪能發(fā)電效率提高策略分析
    3.6 本章小結(jié)
4. 液壓式能量輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模
    4.1 液壓式能量輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.1.1 液壓系統(tǒng)組成
        4.1.2 液壓式能量輸出系統(tǒng)工作原理
        4.1.3 波浪能液壓式能量輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)
    4.2 液壓式能量輸出系統(tǒng)建模
        4.2.1 液壓元件數(shù)學(xué)模型
        4.2.2 液壓系統(tǒng)仿真模型
        4.2.3 液壓系統(tǒng)仿真分析
    4.3 蓄能器對(duì)能量輸出系統(tǒng)的影響研究
        4.3.1 蓄能器尺寸對(duì)能量輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
        4.3.2 蓄能器預(yù)充壓力對(duì)能量輸出系統(tǒng)的影響
        4.3.3 多蓄能器并聯(lián)對(duì)能量輸出系統(tǒng)的影響
    4.4 本章小結(jié)
5. 一種基于液壓缸旁通的變阻尼控制策略
    5.1 波浪能發(fā)電技術(shù)中的變阻尼控制
        5.1.1 變阻尼控制的作用
        5.1.2 幾種變阻尼方法
    5.2 一種基于液壓缸旁通的變阻尼控制方法
        5.2.1 液壓缸旁通變阻尼控制的原理
        5.2.2 液壓缸旁通變阻尼控制策略適用工況
    5.3 低海況下液壓缸旁通變阻尼控制
        5.3.1 低海況下無變阻尼控制時(shí)的能量俘獲效果
        5.3.2 低海況下液壓缸旁通變阻尼控制的能量俘獲效果
    5.4 波浪周期內(nèi)液壓缸旁通變阻尼控制
        5.4.1 波浪周期內(nèi)液壓缸旁通的物理實(shí)現(xiàn)方式
        5.4.2 波浪周期內(nèi)液壓缸旁通變阻尼控制的能量俘獲效果
    5.5 本章小結(jié)
6. 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
        6.1.1 本文主要完成的工作
        6.1.2 主要結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷

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本文編號(hào)：2867983