垂荡阻尼板的水动力分析与设计
本文选题:垂荡阻尼板 切入点:粘性 出处:《山东大学》2014年硕士论文
【摘要】:化石能源的有限存储和其燃烧过程中带来的环境污染让人们把目光聚焦到了新型清洁能源上。波浪能作为一种清洁的可再生能源,因其能量密度较高,相对比较稳定,而备受开发人员的青睐。“120kW漂浮式液压海浪发电站中试”项目就是设计开发了一款波浪能发电设备。在“120kW漂浮式液压海浪发电站中试”项目中采用的是点吸收式海浪发电原理,它主要靠浮体与装置主体之间的相对运动来捕获波浪能。装置主体通过三根锚链柔性固定,从而能够缓冲部分海浪的冲击力,对整个装置起到保护作用。在减小装置主体的垂荡运动方面则是通过在装置主体底部安装垂荡阻尼板。本文则针对垂荡阻尼板的水动力性能展开研究并最终完成垂荡阻尼板的设计工作。 首先,本文综合阐述了垂荡阻尼板的研究方法和研究现状,介绍了学者们在数值模型计算、仿真研究和物理实验方面的研究成果,并针对垂荡阻尼板水动力性能的不同影响因素分别介绍了研究现状。从而提出了本文的研究方法和研究的重点。 其次,建立了垂荡阻尼板的运动方程。根据垂荡阻尼板的运动特性,采用三个坐标系来描述其运动,并且说明了三个坐标系之间的相互转换关系。建立垂荡阻尼板的运动方程后,根据垂荡阻尼板的结构特点和海浪的作用规律,对方程组进行了简化,得到了文章所要研究三个自由度方向的方程。 再次,为研究垂荡阻尼板受粘性流体运动作用建立了三维数值波浪水槽。根据海况资料,研究了当地海浪的运动特点以及垂荡阻尼板所在水深处的水文情况。根据相关的实验规范,建立了波浪水槽。在Fluent软件中完成设置后仿真了波浪水槽,并根据仿真的结果对波浪水槽做了调整。 然后,在数值波浪水槽中对垂荡阻尼板的水动力性能做了研究。将垂荡阻尼板的模型放入数值波浪水槽中,首先观察了其在固定状态的受力及其周边流场情况。根据垂荡阻尼板的受力情况编写了UDF程序,利用Fluent软件的二次开发功能,改变垂荡阻尼板的结构要素得到了不同情况下垂荡阻尼板受海水的作用力。 接着,对垂荡阻尼板进行了设计。根据前文得到的仿真结果和小型整体模型的物理实验结果,并结合其他学者对垂荡阻尼板水动力性能的研究,完成垂荡阻尼板的设计工作。并通过静态极限载荷分析、模态分析和动载荷分析验证了垂荡阻尼板设计的合理性。
[Abstract]:The limited storage of fossil energy and the environmental pollution caused by its combustion make people focus on the new clean energy.Wave energy, as a clean renewable energy source, is favored by developers for its high energy density and relatively stable energy density. The "pilot-scale test of 120kW floating hydraulic wave power station" is the design and development of a wave power generation equipment.In the project of "pilot-scale test of 120kW floating hydraulic wave power station", the principle of point absorption wave power generation is adopted, which mainly depends on the relative motion between the floating body and the main body of the device to capture wave energy.The main body of the device is flexible fixed by three anchor chains, which can buffer the impact force of some waves and protect the whole device.In the aspect of reducing the heave motion of the device body, the heave damping plate is installed at the bottom of the device body.In this paper, the hydrodynamic performance of the damped plate is studied and the design of the damped plate is finished.Firstly, this paper introduces the research methods and present situation of damped slabs, and introduces the research results of numerical model calculation, simulation and physical experiments.According to the different factors affecting the hydrodynamic performance of damped slabs, the present research situation is introduced.Thus, the research methods and the key points of this paper are put forward.Secondly, the equation of motion of damped plate is established.According to the motion characteristics of the damped plate, three coordinate systems are used to describe the motion of the plate, and the relationship between the three coordinate systems is explained.After establishing the equation of motion of the damped plate, the equations are simplified according to the structural characteristics of the damped plate and the law of the action of the waves, and the equations of three degrees of freedom are obtained in this paper.Thirdly, a three-dimensional numerical wave flume is established to study the effect of viscous fluid on the damped plate.Based on the sea condition data, the motion characteristics of the local waves and the hydrological conditions in the water depth of the damped slabs are studied.The wave flume was established according to the relevant experimental specifications.After setting up in Fluent software, the wave flume is simulated, and the wave flume is adjusted according to the simulation results.Then, the hydrodynamic performance of the damped plate is studied in a numerical wave tank.The model of the damped plate is put into the numerical wave flume. Firstly, the force and the flow field around it in the fixed state are observed.According to the stress condition of swinging damping plate, the UDF program is written. By using the secondary development function of Fluent software, the influence of sea water on the damped plate under different conditions is obtained by changing the structural elements of the sagging damping plate.Then, the sagging damping plate is designed.According to the simulation results and the physical experiment results of the small integral model, and combined with other scholars' research on the hydrodynamic performance of the sagging damping plate, the design work of the swinging damping plate is completed.Through static limit load analysis, modal analysis and dynamic load analysis, the rationality of the design of swinging damping plate is verified.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:P743.2;TM612
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,本文编号:1711189
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