基于水下阻尼盘的浮体绳轮波浪发电方案的研究
本文选题:波浪能发电 + 浮体 ; 参考:《山东大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着经济和社会的发展,化石能源的大量应用造成越来越严重的能源问题与环境问题,世界各国均制定能源战略,推动可再生能源的发展。波浪能在海洋中储量丰富,具有分布广泛、能量密度高的特点,拥有广阔的应用前景。本文研究的是一种基于水下阻尼盘的浮体绳轮波浪发电装置,主要利用浮体和阻尼盘的相对运动采集波浪能,转化为电能,该方案利用阻尼盘加大弹簧上的拉力,从而提高装置的收绳能力,同时还可以简化绳轮结构,使装置响应潮位的变化,实现双向发电。本文首先介绍了带水下阻尼盘的浮体波浪发电装置的基本原理,并且从理论分析、计算与设计、软件仿真、模拟实验等方面对发电装置进行研究。本文的主要研究内容有:(1)对浮体阻尼盘发电装置的工作原理进行介绍。根据线性波理论,对浮体和阻尼盘在海水中运动进行研究,建立数学模型,推导出垂荡过程中浮体和阻尼盘运动的微分方程。(2)依据运动方程,选取不同的阻尼盘的质量,利用Matlab软件分别计算浮体和阻尼盘的运动响应,比较两者相对运动的大小,为装置设计提供基础。然后对发电机的阻尼系数进行研究,通过对能量采集功率的对比,优化设计发电机的阻尼系数。最后,对主绳缆进行受力分析,由主绳缆张紧的条件得到阻尼盘所受重力与浮力的关系。(3)对阻尼盘的结构进行设计,接着利用ANSYS Workbench软件,根据阻尼盘在吊卸过程中的受力,对阻尼盘进行静态载荷分析,然后根据其在海水中的受力进行动态载荷分析,校核其强度和刚度。(4)为了研究装置在海洋中的运动,运用AQWA软件进行运动仿真,采用频域分析和时域分析,计算出模型的幅值响应算子(RAOS)、附加质量等参数,分析浮体和阻尼盘在规则波与不规则波下的运动响应,研究能量采集装置(PTO)系数对采集功率的影响,对有阻尼盘和无阻尼盘两种方案中的能量采集功率进行对比。(5)根据相似原理设计浮体阻尼盘波浪发电装置模型试验,测量卷筒的转速,计算装置的能量采集效率,通过对比实际采集功率和仿真计算功率,检验浮体阻尼盘波浪发电方案的可行性。
[Abstract]:With the development of economy and society, the application of fossil energy causes more and more serious energy problems and environmental problems. Countries all over the world formulate energy strategies to promote the development of renewable energy.Wave energy in the ocean is rich in reserves, widely distributed, high energy density, and has a broad application prospects.In this paper, a kind of wave generating device based on underwater damping disk is studied, which mainly uses the relative motion of floating body and damping disk to collect wave energy and convert it into electric energy. This scheme uses damping disk to increase the tension on spring.Thus, it can improve the capacity of rope collection, simplify the structure of rope wheel, make the device respond to the change of tide level, and realize bidirectional power generation.This paper first introduces the basic principle of the floating wave power generation device with underwater damping disk, and studies the power generation device from the aspects of theoretical analysis, calculation and design, software simulation, simulation experiment and so on.The main research content of this paper is 1: 1) the working principle of the floating damping disk power generating device is introduced.According to the theory of linear wave, the motion of floating body and damping disk in seawater is studied, the mathematical model is established, and the differential equation of motion of floating body and damping disk in the process of heave is derived. (2) according to the equation of motion, the mass of different damping disk is selected.The Matlab software is used to calculate the motion response of floating body and damping disk respectively, and to compare the relative motion between them, which provides the basis for the design of the device.Then the damping coefficient of the generator is studied and the damping coefficient of the generator is optimized by comparing the energy acquisition power.Finally, the stress of the main cable is analyzed, and the relation between the gravity and buoyancy of the damping plate is obtained from the tension condition of the main cable. Then the structure of the damping plate is designed by using ANSYS Workbench software, according to the force of the damping disc in the process of lifting and unloading.In order to study the motion of the device in the ocean, the static load analysis of the damping disk is carried out, and the dynamic load analysis is carried out according to the force acting on the damping disk in the seawater. In order to study the motion of the device in the ocean, the dynamic load analysis is carried out by using AQWA software.By using frequency domain analysis and time domain analysis, the parameters such as the amplitude response operator of the model, RAOS O, additional mass and so on, are calculated. The motion response of floating body and damping disk under regular and irregular waves is analyzed. The influence of energy acquisition device (PTO) coefficient on acquisition power is studied.Comparing the energy acquisition power between the damped disk and the undamped disk. (5) according to the similarity principle, the model test of wave power generation device with floating damping disk is designed, the rotational speed of the drum is measured, and the energy collection efficiency of the device is calculated.By comparing the actual collected power with the simulated power, the feasibility of the floating damping disk wave power generation scheme is tested.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P743.2
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,本文编号:1769877
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