本文選題：聯(lián)合運動方程　切入點：波浪能裝置　出處：《哈爾濱工程大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：多體振蕩式海洋能裝置通過動浮子與靜浮體之間的相對垂蕩運動將波浪能轉換為機械能,再利用能量吸收裝置PTO(Power Take-Off)將浮子運動的機械能轉換為電能,具有結構形式簡單、能量吸收率高等優(yōu)點,在海洋可再生能源領域得到了廣泛的研究和應用。本文針對多體振蕩式海洋能裝置的總體性能展開了研究,并進行了模型試驗驗證,主要研究內(nèi)容如下:建立了多體振蕩式海洋能裝置的數(shù)學運動模型。在考慮了浮體的6自由度運動以及浮子的相對垂蕩運動的基礎上,推導了浮體-浮子的7自由度非線性聯(lián)合運動方程。進一步將聯(lián)合運動方程整理為一階非線性常系數(shù)微分方程組的形式,提出了適用于該方程組的數(shù)學模型求解方法,采用自適應階的四階龍格庫塔法對整理后的聯(lián)合運動方程進行了數(shù)值求解。提出了多體振蕩式海洋能裝置的環(huán)境載荷分析方法,對波浪載荷、錨泊載荷和PTO系統(tǒng)阻尼力分別進行了分析。根據(jù)多體振蕩式海洋能裝置中浮體與浮子的尺寸特征,采用完全細長體理論計算浮體的波浪載荷,采用Froude-Krylov理論計算浮子的波浪載荷,采用半耦合動力模型計算錨泊載荷,采用線性阻尼模型分析PTO系統(tǒng)阻尼力。對海蘑菇波浪能裝置的總體性能進行了數(shù)值分析。結合已有的模型試驗數(shù)據(jù),對于海蘑菇波浪能裝置數(shù)學運動模型的適用性和準確度進行了驗證,對該裝置作業(yè)海況下的運動響應及輸電性能進行了數(shù)值分析。通過海蘑菇波浪能裝置與單自由度波浪能裝置數(shù)學模型計算結果的對比,分析了浮體縱搖運動和浮子垂蕩運動之間的耦合效應。在此基礎上,對于浮體縱搖PTO阻尼系數(shù)和浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進行了參數(shù)分析。對STC(Spar-Torus Combination)風浪能混合利用系統(tǒng)的總體性能進行了數(shù)值分析。結合已有的模型試驗數(shù)據(jù),對于STC風浪能混合利用系統(tǒng)數(shù)學運動模型的適用性和準確度進行了驗證,對該裝置在作業(yè)海況下的運動響應及輸電性能進行了數(shù)值分析�？紤]Spar固定不動和系統(tǒng)正常作業(yè)兩種模式,分別對浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進行參數(shù)分析。通過對比兩種模式的數(shù)學模型計算結果,分析了 PTO阻尼力對系統(tǒng)運動響應以及輸電性能的影響。
[Abstract]:The multi-body oscillatory oceanic energy device converts wave energy into mechanical energy through the relative pendulum motion between the floating float and the static floating body, and then converts the mechanical energy of the float motion into electric energy by using the energy absorption device PTO(Power Take-Off.This has a simple structure. Because of its high energy absorption rate, it has been widely studied and applied in the field of marine renewable energy. In this paper, the overall performance of multi-body oscillating oceanic energy plant is studied, and the model test is carried out. The main research contents are as follows: the mathematical motion model of the multi-body oscillating oceanic energy device is established, and the motion of the floating body with 6 degrees of freedom and the relative droop motion of the float are considered. The nonlinear joint motion equation with 7 degrees of freedom for floating body and float is derived. The joint motion equation is further arranged into the form of first order nonlinear ordinary coefficient differential equations. A mathematical model solution method suitable for the equations is proposed. An adaptive fourth order Runge-Kutta method is used to numerically solve the combined equations of motion, and an environmental load analysis method for a multi-body oscillating oceanic energy device is proposed. The anchoring load and the damping force of PTO system are analyzed respectively. According to the size characteristics of floating body and float in multi-body oscillating oceanic energy device, the wave load of floating body is calculated by the theory of complete slender body, and the wave load of float is calculated by Froude-Krylov theory. The half-coupling dynamic model is used to calculate the mooring load, and the linear damping model is used to analyze the damping force of the PTO system. The applicability and accuracy of the mathematical motion model of the sea mushroom wave energy device are verified. The motion response and transmission performance of the device under sea conditions are numerically analyzed. The numerical results of the mathematical model of the mushroom wave energy device and the single degree of freedom wave energy device are compared. The coupling effect between the pitching motion of floating body and the motion of floating pendulum is analyzed. The parameters of PTO damping coefficient of floating body and PTO damping coefficient of float swinging are analyzed. The overall performance of the system with mixed wind and wave energy of STC(Spar-Torus combination is analyzed numerically. Combined with the existing model test data, The applicability and accuracy of the mathematical motion model of STC wind and wave hybrid system are verified. The dynamic response and transmission performance of the device under sea conditions are numerically analyzed. The two modes of fixed Spar and normal operation of the system are considered. The parameter analysis of the PTO damping coefficient of floating heave is carried out, and the effect of PTO damping force on the system motion response and transmission performance is analyzed by comparing the results of the two mathematical models.
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P742

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