振蕩水柱（oscillating water column,OWC）波浪能采集裝置氣室結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)波浪能采集效率具有重要意義,采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析（CFD）技術(shù)研究了氣室尺寸和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題。應(yīng)用FLUENT軟件水質(zhì)點(diǎn)造波法和動(dòng)量源項(xiàng)消波方法建立基于線性波浪理論的三維數(shù)值波浪水槽。模擬在周期T=3.5s波浪下對(duì)單氣室尺寸優(yōu)化,在此基礎(chǔ)上建立三維雙氣室和三氣室串聯(lián)模型研究各氣室內(nèi)水動(dòng)力變化規(guī)律。結(jié)果顯示:在一定尺寸范圍內(nèi)增大氣室開(kāi)口以及合適的氣室高度可增大氣室波浪振動(dòng)幅度,提高波能轉(zhuǎn)換效率;串聯(lián)氣室中,先與波浪發(fā)生作用的氣室比后與波浪發(fā)生作用的氣室水動(dòng)力性能好。 

【文章來(lái)源】：山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018,37(05)北大核心

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圖１三維單氣室仿真網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．１３Ｄｓｉｎｇｌｅ－ｃｈａｍｂｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒｉｄ

其次，對(duì)左部分分割成Ａ、Ｂ、Ｃ三個(gè)模塊，在Ａ、Ｂ模塊Ｙ軸方向分別劃分４０、５０個(gè)大小相同的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在Ｃ模塊Ｙ軸方向以１．１比率逐漸增加網(wǎng)格大小的規(guī)律劃分３０個(gè)網(wǎng)格；然后，對(duì)右部分（Ｅ）創(chuàng)建塊，在Ｘ、Ｙ、Ｚ軸分別設(shè)置３０、４０、５０個(gè)網(wǎng)格；對(duì)于Ｄ進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。最后，將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)合成一體，使公共面上的節(jié)點(diǎn)共用，對(duì)氣室周圍進(jìn)行網(wǎng)格加密，其截面網(wǎng)格效果如圖２所示。圖１三維單氣室仿真網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．１３Ｄｓｉｎｇｌｅ－ｃｈａｍｂｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒｉｄ圖２三維仿真氣室附近網(wǎng)格截面圖Ｆｉｇ．２３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒｉｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｇａｓｃｈａｍｂｅｒ表１三維氣室仿真參數(shù)Ｔａｂ．１Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３Ｄｇａｓｃｈａｍｂｅｒ名稱及單位取值水槽長(zhǎng)度Ｌ０／ｍ４０水槽寬度Ｗ０／ｍ４水槽高度Ｈ０／ｍ８波浪周期Ｔ／ｓ３．５氣室長(zhǎng)度ｌ／ｍ２．０氣室寬度Ｗ／ｍ２．０氣室高度ｈ０／ｍ１．５、２．０、２．５出氣孔ｄ０／ｍ０．１、０．２、０．３２．２三維單氣室的數(shù)值模擬參數(shù)為了合理設(shè)計(jì)水槽幾何模型，綜合模擬的二階Ｓｔｏｋｅｓ波的周期、波高及波長(zhǎng)等參數(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究文獻(xiàn)的波形參數(shù)及水槽模型幾何尺寸＼［１６＼］，建立三維單氣室數(shù)值水槽仿真模擬的參數(shù)設(shè)置如表１所示。三維模型的仿真將氣室高度值與氣室出口直徑分別討論，即設(shè)定其一，討論另一個(gè)參數(shù)

第５期杜小振等：離岸式振蕩水柱串聯(lián)氣室三維仿真分析圖３三維仿真截面效果圖Ｆｉｇ．３３Ｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｒｅｎｄｅｒｉｎｇｓ圖４氣室截面偏移圖Ｆｉｇ．４Ｇａｓｃｈａｍｂｅｒｓｅｃｔｉｏｎｏｆｆｓｅｔ圖５液位隨氣室高度變化曲線Ｆｉｇ．５Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄｌｅｖｅｌｗｉｔｈｇａｓｃｈａｍｂｅｒｈｅｉｇｈｔ圖６壓強(qiáng)隨氣室高度變化曲線Ｆｉｇ．６Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈｇａｓｃｈａｍｂｅｒｈｅｉｇｈｔ圖７氣室內(nèi)液位高度與出氣口關(guān)系曲線Ｆｉｇ．７Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｌｉｑｕｉｄｈｅｉｇｈｔａｎｄａｉｒｏｕｔｌｅｔ圖８氣室內(nèi)壓強(qiáng)出氣口關(guān)系曲線Ｆｉｇ．８Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄａｉｒｏｕｔｌｅｔ設(shè)氣室高為２．０ｍ分析氣室出氣孔大小對(duì)氣室內(nèi)壓強(qiáng)的影響。得到的氣室內(nèi)液面高、壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線，如圖７～８所示。圖７出口直徑０．２和０．３ｍ時(shí)氣室內(nèi)液面上下振動(dòng)幅度明顯大于直徑０．１ｍ，其中ｄ＝０．３ｍ時(shí)液面振動(dòng)幅度最大，表明一定尺寸范圍內(nèi)氣室開(kāi)口增大則液面上下振動(dòng)幅度增加，主要因?yàn)闅馐页鰵饪组_(kāi)口變大對(duì)氣室內(nèi)波面上下振動(dòng)“阻礙”減小。圖８為波浪進(jìn)入氣室初期（前１０ｓ內(nèi)）氣室內(nèi)壓強(qiáng)隨時(shí)間和開(kāi)口直徑變化情形。仿真結(jié)果為：Ｐｄ＝０．１ｍ＞Ｐｄ＝０．２ｍ＞Ｐｄ＝０．３ｍ。在波浪進(jìn)入氣室一到兩個(gè)波浪周期時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，氣室開(kāi)口越小氣室內(nèi)壓強(qiáng)越高；待波浪與氣室相互作用穩(wěn)定后（約１５ｓ）氣室內(nèi)壓強(qiáng)隨時(shí)間變化仿真結(jié)果為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]斷層突水非線性滲流-應(yīng)力耦合研究[J]. 郭惟嘉,趙金海,尹立明,江寧.  山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(06)
[2]輸氣管道泄漏流場(chǎng)特性分析[J]. 韓寶坤,閆成穩(wěn),鮑懷謙,牛家鵬,楊凱迪.  山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(06)
[3]波浪對(duì)有梁面板結(jié)構(gòu)沖擊作用數(shù)值模擬[J]. 金鳳,萬(wàn)超.  水運(yùn)工程. 2015(12)
[4]基于邊界造波法的波浪數(shù)值生成[J]. 賀建鎂,朱良生.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2010(30)
[5]無(wú)反射造波數(shù)值波浪水槽[J]. 王永學(xué).  水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 1994(02)

碩士論文
[1]Fluent UDF方法在數(shù)值波浪水槽中的應(yīng)用研究[D]. 辛穎.大連理工大學(xué) 2013
[2]數(shù)值波浪模擬及其在海洋平臺(tái)動(dòng)態(tài)特性分析中的應(yīng)用研究[D]. 楊全.江蘇科技大學(xué) 2013
[3]數(shù)值水池造波方法研究[D]. 李宏偉.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[4]基于FLUENT的二維數(shù)值波浪水槽研究[D]. 李勝忠.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



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