本文關(guān)鍵詞：點(diǎn)吸收浮子陣列的波能轉(zhuǎn)換特性研究

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【摘要】：波浪能作為一種新型可再生清潔能源,不僅蘊(yùn)藏量豐富,而且應(yīng)用前景廣泛。至今已研發(fā)出多種形式的波能轉(zhuǎn)換裝置,可應(yīng)用于發(fā)電或海水淡化。這些裝置中,點(diǎn)吸收浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置因其結(jié)構(gòu)小、效率高、布置靈活、應(yīng)用方便等特性受到廣泛關(guān)注。為了更高效地利用和開發(fā)海域內(nèi)的波浪能資源,需要精細(xì)化地評估該海域內(nèi)的波浪能資源;需要比較分析該海域內(nèi)所布置的各種振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)行特性,旨在獲取最優(yōu)的浮子結(jié)構(gòu);需要評估分析該海域內(nèi)所布置的最優(yōu)浮子結(jié)構(gòu)的波能轉(zhuǎn)換裝置陣列的運(yùn)行特性,旨在獲得在相同海域面積內(nèi)的最大波能轉(zhuǎn)換效率。因此,研究點(diǎn)吸收式波能轉(zhuǎn)換裝置陣列的波能轉(zhuǎn)換特性對于波浪能的開發(fā)意義重大。本文中采用了數(shù)值研究和物理試驗(yàn)等研究方法,對波浪能資源進(jìn)行評估、探究了單浮子波能轉(zhuǎn)換裝置運(yùn)行特性和陣列浮子波能轉(zhuǎn)換裝置運(yùn)行特性。本文首先利用第三代波浪模型結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測資料,對我國黃海齋堂島海域進(jìn)行了波浪模擬與波浪資源的評估,給出了該海域內(nèi)波浪的特征參數(shù),并根據(jù)模擬結(jié)果對波浪能流密度進(jìn)行了計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析。而對于波浪場的量測,目前存在幾種常見方法,針對浮子式量測設(shè)備開展了相應(yīng)的物理模型試驗(yàn),探究測波浮子在不同波浪條件下的測波性能,對比不同浮子結(jié)構(gòu)對規(guī)則波和不規(guī)則波的特征波浪參數(shù)的量測結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明,較小的Wavescan浮子具有更完整、準(zhǔn)確記錄波浪參數(shù)的優(yōu)勢。在上述工作的基礎(chǔ)上,利用流體-結(jié)構(gòu)-動(dòng)力輸出模型對點(diǎn)吸收浮子波能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行模擬與研究,探究了浮子形狀、吃水深度等對浮子結(jié)構(gòu)俘獲波能的影響,并結(jié)合入射波浪參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,浮子底部形狀對于單浮子結(jié)構(gòu)俘能的最大功率影響較小,但是圓錐形底部的浮子結(jié)構(gòu)具有更寬的俘能頻寬。在對單浮子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了在波-流共同作用下點(diǎn)吸收浮子結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力響應(yīng)及俘獲波能的表現(xiàn),分析流速及流向等參數(shù)對海洋環(huán)境下的浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置的影響,發(fā)現(xiàn)隨著流速的增大,浮子結(jié)構(gòu)的垂蕩運(yùn)動(dòng)和俘能效率都會隨之減小。最后,利用線性勢流理論下的頻域和時(shí)域計(jì)算,分別模擬了經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的點(diǎn)吸收浮子陣列,在規(guī)則波和不規(guī)則波浪入射條件下的水動(dòng)力響應(yīng)及波能俘獲特性等。將陣列裝置的俘能功率同單浮子結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比,結(jié)果表明陣列裝置能夠更充分地利用波浪能資源,且在不規(guī)則波浪下,陣列中各浮子結(jié)構(gòu)的俘獲寬度比的差別小于規(guī)則波條件。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P743.2

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本文編號：1288662