波浪進(jìn)入振蕩水柱氣室的能量轉(zhuǎn)換流體動(dòng)力學(xué)性能影響波浪能捕獲效率,以方形和圓柱形兩種類(lèi)型的底部開(kāi)口空心腔室氣室為對(duì)象建立4種結(jié)構(gòu)模型,分析入射波浪進(jìn)入氣室引發(fā)的波浪振蕩特性和腔室內(nèi)的氣動(dòng)特性�；谟�(jì)算流體力學(xué)軟件構(gòu)建三維數(shù)值波浪水槽VOF模型模擬分析振蕩水柱引起的氣室內(nèi)頂端壓強(qiáng),對(duì)比氣室壓強(qiáng)模擬計(jì)算獲取的4組數(shù)據(jù),結(jié)果表明,前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室的波浪能量收集效率較高。單一參數(shù)獲得4種氣室模型共28組仿真數(shù)據(jù),比較分析入射波高及前墻入水深度等參數(shù)變化對(duì)氣室內(nèi)液面波動(dòng)和壓強(qiáng)的影響。 

【文章來(lái)源】：船海工程. 2018,47(05)北大核心

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【部分圖文】：

三維數(shù)值水槽模型三維數(shù)值水槽模型采用ICEM混合網(wǎng)格劃分

2018年第5期杜小振，等:振蕩水柱氣室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)比船海工程第47卷中部裝配氣室并劃分非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，生成高質(zhì)量的計(jì)算域網(wǎng)格區(qū)域;右部為消波區(qū)域，劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，避免反射波浪對(duì)計(jì)算域造成干擾。圖3三維數(shù)值水槽網(wǎng)格劃分基于小模型尺度則假設(shè)空氣壓縮效應(yīng)忽略不計(jì)，初始條件下，通過(guò)限定兩相(水和空氣)體積分?jǐn)?shù)將靜止水位設(shè)定在H1=4m的期望水平，定義計(jì)算域內(nèi)平均水深4m，波長(zhǎng)L1=17．1795m，波高h(yuǎn)=0．8m，相位差值－270°;設(shè)置空氣密度1．225kg/m3，海水密度998．2kg/m3。初始化后，利用Ｒegion功能標(biāo)記水槽內(nèi)水域，設(shè)置水相體積分?jǐn)?shù)為1，在xy坐標(biāo)系中設(shè)立數(shù)值水槽監(jiān)測(cè)面如圖4a)。對(duì)氣室PTO孔口防滑壁做進(jìn)一步的表面細(xì)化監(jiān)測(cè)面見(jiàn)圖4b)。圖4網(wǎng)格整體與氣室局部細(xì)化圖2．3數(shù)值模擬采用驗(yàn)證的前后壁對(duì)稱(chēng)方形氣室ICEM模型測(cè)試離岸式OWC模型的波能采集狀況，調(diào)查入射波高和氣室前壁面吃水之間的關(guān)系，以確定最優(yōu)波能采集OWC模型。振蕩水柱氣室內(nèi)部自由水面相對(duì)振幅的三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。以圖4a)數(shù)值水槽監(jiān)測(cè)面為基準(zhǔn)，波形產(chǎn)生并達(dá)到OWC前墻邊緣。波浪由波速入口邊界處的速度分量規(guī)定，設(shè)置運(yùn)算2500步，獲得波高起伏曲線見(jiàn)圖5。當(dāng)振蕩水柱氣室的波面達(dá)到波峰時(shí)，前、后墻兩位置處的波面高程平均值約等于氣室中部的高程值，見(jiàn)圖5a;當(dāng)氣室內(nèi)振蕩水柱氣室的波面達(dá)到波谷時(shí)，自由水面的運(yùn)動(dòng)特征與其到達(dá)波峰時(shí)的規(guī)律基本相同，見(jiàn)圖5b。圖5氣室剖面水氣兩相仿真云圖3氣室模擬結(jié)果分析三維數(shù)值波浪水槽基于4種模型OWC氣室結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)每一種模型?

高和氣室前壁面吃水之間的關(guān)系，以確定最優(yōu)波能采集OWC模型。振蕩水柱氣室內(nèi)部自由水面相對(duì)振幅的三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。以圖4a)數(shù)值水槽監(jiān)測(cè)面為基準(zhǔn)，波形產(chǎn)生并達(dá)到OWC前墻邊緣。波浪由波速入口邊界處的速度分量規(guī)定，設(shè)置運(yùn)算2500步，獲得波高起伏曲線見(jiàn)圖5。當(dāng)振蕩水柱氣室的波面達(dá)到波峰時(shí)，前、后墻兩位置處的波面高程平均值約等于氣室中部的高程值，見(jiàn)圖5a;當(dāng)氣室內(nèi)振蕩水柱氣室的波面達(dá)到波谷時(shí)，自由水面的運(yùn)動(dòng)特征與其到達(dá)波峰時(shí)的規(guī)律基本相同，見(jiàn)圖5b。圖5氣室剖面水氣兩相仿真云圖3氣室模擬結(jié)果分析三維數(shù)值波浪水槽基于4種模型OWC氣室結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)每一種模型模擬運(yùn)算，分別得出OWC氣室在規(guī)則波條件下的氣室壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線，分析各種結(jié)構(gòu)對(duì)波浪捕獲效率的影響。3．1氣室內(nèi)壓強(qiáng)與結(jié)構(gòu)關(guān)系對(duì)比前后壁對(duì)稱(chēng)方形氣室與前后壁對(duì)稱(chēng)圓柱形氣室在規(guī)則波條件下的氣室壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖6a)，圓柱形氣室壓強(qiáng)高于方形氣室;對(duì)比前后壁對(duì)稱(chēng)方形氣室與前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室在規(guī)則波條件下氣室壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖6b)，前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室優(yōu)于前后壁對(duì)稱(chēng)方形氣室;對(duì)比前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室與前后壁對(duì)稱(chēng)圓柱形氣室在規(guī)則波條件下氣室壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖6c)，前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室優(yōu)于前后壁對(duì)稱(chēng)圓柱形氣室;最后對(duì)比前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室與前后壁不對(duì)稱(chēng)圓柱形氣室在規(guī)則波條件下氣室壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖6d)，前后壁不對(duì)稱(chēng)方形氣室優(yōu)于前后壁不對(duì)稱(chēng)圓柱形氣室。對(duì)比圖6a)、d)在氣室內(nèi)空氣體積相同時(shí)，方形氣室采集波浪振蕩產(chǎn)生的壓強(qiáng)效果優(yōu)于圓柱形氣室;對(duì)比圖6b)、c)則前后壁不對(duì)稱(chēng)氣室?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]振蕩水柱裝置波浪水槽試驗(yàn)中用于模擬非線性能量俘獲系統(tǒng)的孔口特性(英文)[J]. Fang HE,Zhenhua HUANG.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(05)
[2]振蕩水柱波能發(fā)電裝置氣室的三維數(shù)值模擬研究[J]. 紀(jì)君娜,劉臻,紀(jì)立強(qiáng).  海岸工程. 2011(02)



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