WEC-防波堤集成系统能量捕获效率与消波性能研究

发布时间：2020-06-10 18:56

【摘要】：基于成本共享理念的波浪能转换装置(WEC)与其他海上结构物的集成系统设计和研究为WEC开发中面临的成本较高的问题提供了一个新的思路和较好的解决方法。其中振荡浮子式WEC(Oscillating Buoy Converter OBC)与浮式防波堤(Floating Breakwater,FB)因工作原理类似可以较好的集成,此类集成系统在原理上和设计上都有待于进一步的研究。本文应用OpenFOAM软件在充分验证数值波浪水槽以及波浪对浮式结构物作用准确性的基础上,对两种结构形式的垂荡浮子式波浪能转换装置与防波堤的集成系统(OBC-FB)进行了CFD模拟研究。研究此类集成装置在粘性影响下的能量捕获性能和消波性能。第一种形式为桩式约束的方箱形浮式防波堤上直接装配动力输出(PTO)装置。主要研究了线性PTO模型,非线性电磁阻尼PTO模型,结构参数对该形式集成系统能量转换效率和消波性能的影响。研究表明,因为粘性和非线性影响,装置的能量捕获宽度比值(CWR)相较于无粘线性理论值下降明显;着重研究了在考虑粘性影响下的最优线性PTO阻尼系数,共振位置处最优线性PTO阻尼系数略大于无粘线性理论值;开发了非线性电磁阻尼PTO模型,发现此类PTO形式可以较好的兼顾能量转换效率和消波性能;结构参数的改变对装置性能影响较大,较大的结构迎浪向宽度有利于增加装置的能量转换效率同时减小波浪透射系数。较小的吃水深度也可以增加能量转换效率,但是波浪透射系数也增加明显。第二种形式为在固定透空式防波堤前装配垂荡浮子。研究了PTO装置,浮子形状对此类装置性能的影响。研究发现,此类装置可以很好的利用反射波波能,从而可以获得较大的CWR值,共振位置处CWR值是第一种形式的两倍。选取了三种浮子形状进行研究,研究表明圆底形浮子对流场扰动较小,近壁面漩涡的产生和发展较少,进而湍流粘性影响较小,可以获得更高的能量转换效率。通过以上研究,第二种结构形式具有较高的能量捕获效率和较好的消波效果,在优化浮子形状,浮子相对尺寸,PTO系统等参数下可以进一步提高装置的能量转换效率和消波性能,相信此类装置在特定海域和地区具有更广阔的开发应用价值。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U656.2

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本文编号：2706714