基于AQWA软件的类海蟒式波浪俘能装置的建模与仿真

发布时间：2017-10-24 05:44

  本文关键词：基于AQWA软件的类海蟒式波浪俘能装置的建模与仿真

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【摘要】：海洋的面积占据了地球表面积的71%,其中蕴含着丰富的清洁可再生能源。世界各国开展了对波浪能转换的研究工作,在近海建成了多种类型的波浪能转换装置。海蟒式波浪俘能装置作为其中一种重要的波浪能转换装置,根据中国海况条件对其进行相关的数值研究,对于研发该类型的波浪俘能装置具有重要意义。本文基于线性波浪理论,得到了波浪作用力和相关的水动力系数,并给出了本文所用模型的运动时域方程。利用水动力软件AQWA的频域模块AQWA-LINE,建立了具有两节浮筒结构装置的仿真模型,得到了频域下该装置的波激力运动响应振幅算子、附加质量和辐射阻尼随频率的变化曲线。在频域计算的基础上,利用AQWA-NAUT时域模块对该装置进行了单向规则波作用下的运动响应仿真,得出了浮筒在波浪中所受的波激力、重心的位移和速度随时间的变化曲线。简述了海蟒式波浪能转换装置的工作原理。根据具有五节浮筒结构的该装置模型,通过数值模拟计算分析了各相邻浮筒间的相对纵摇角速度的变化规律,并给出基于该纵摇运动速度的俘能功率和俘获因子的计算公式。当给定PTO阻尼时,研究了波高、波浪周期、淹深和阻尼参数对装置俘能特性的影响。对于规则波作用下的该装置,给出了最大功率所对应的最优控制力。并在最优控制力为最优阻尼力的情况下,进一步研究了浮筒参数和波浪参数对整个俘能装置俘能特性的影响。首先将水动力软件AQWA和Matlab整合到优化平台Isight中,建立了联合仿真优化流程,依据数值优化算法,得出了该装置的最优阻尼值。在最优阻尼条件下,研究了不同的浮筒截面对装置俘能特性的影响,得出了选用椭圆形浮筒能显著提高装置的俘能功率;研究了浮筒长度与波长之比变化对俘能功率的影响,得出了浮筒长度为波长的一半时能获得最大的俘能功率;分析了淹深与装置俘能功率的关系,得出了淹深的增加对俘能功率影响较小;通过对不同浮筒节数的装置进行仿真研究,得出了浮筒长度为4或5节时能保证装置的俘能效果和经济性。并基于中国海况下,分析了浮筒长度与俘能功率的关系,得出了适宜中国海况条件的单节浮筒长度。
【关键词】：海蟒式波浪俘能装置 AQWA软件 俘能功率 俘获因子 最优阻尼
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612;P743.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 海洋波浪能量转换技术和研究意义9
• 1.2 近海中波浪能的利用9-11
• 1.3 海蟒式波浪能转换装置11-12
• 1.4 国外研究现状分析12-13
• 1.5 国内研究现状分析13-14
• 1.6 主要研究内容14-16
• 第二章 浮体受力与运动分析16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 微幅波理论16-19
• 2.3 频率模型方法19-23
• 2.3.1 控制方程和边界条件19-20
• 2.3.2 格林函数20-21
• 2.3.3 流体作用力和水动力系数21-23
• 2.4 浮体的频域运动方程23-24
• 2.5 浮体的时域运动方程24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章AQWA仿真模型的建立27-44
• 3.1 引言27
• 3.2 AQWA软件简介27-28
• 3.3 装置的工作原理28-29
• 3.4 频域模型的建立29-37
• 3.4.1 AQWA-LINE的水动力模型建立29-30
• 3.4.2 AQWA-LINE的水动力结果分析30-37
• 3.5 时域模型的建立37-41
• 3.5.1 AQWA-NAUT的水动力模型建立37-38
• 3.5.2 AQWA-NAUT的运动响应结果分析38-41
• 3.6 不规则波作用下装置的运动响应分析41-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第四章 特定阻尼下的参数影响分析44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 具有五节浮筒结构的装置运动响应分析44-47
• 4.3 装置俘能功率的计算47-48
• 4.4 特定阻尼条件下的参数影响分析48-53
• 4.4.1 波高对俘能功率的影响48-49
• 4.4.2 波浪周期对俘能功率的影响49-51
• 4.4.3 淹深对俘能功率的影响51-52
• 4.4.4 阻尼对俘能功率的影响52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 最优阻尼下的浮筒参数优化分析55-70
• 5.1 引言55
• 5.2 最优阻尼理论55-57
• 5.3 基于Isight平台的自动优化57-60
• 5.3.1 联合优化仿真流程57-59
• 5.3.2 优化结果验证59-60
• 5.4 最优阻尼条件下的参数影响分析60-67
• 5.4.1 浮筒截面对俘能功率的影响60-62
• 5.4.2 长度与波长之比对俘能功率的影响62-64
• 5.4.3 淹深对俘能功率的影响64-66
• 5.4.4 浮筒节数对俘能功率的影响66-67
• 5.5 浮筒长度的优化67-68
• 5.6 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 曲泉铀;何宏舟;;波浪能发电技术的发展现状与展望[A];新形势下长三角能源面临的新挑战和新对策——第八届长三角能源论坛论文集[C];2011年

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本文编号：1087339