纵摇浮子式波浪能转换装置研究

发布时间：2020-08-10 09:04

【摘要】：在全球推进新能源发展的环境下,波浪能作为一种清洁无污染的可再生能源,既可降低石油开采耗气量、节约资源,又可减少二氧化碳排放,是应对能源短缺以及环境问题,发展清洁能源、调整能源结构的重要选择之一。我国南海波浪能资源丰富,可开发利用程度高,浮子式波能转换装置作为适用广泛型装置,其结构简单、获能构件不与海水接触,安装方便、可靠性高,备受专家学者的关注。纵摇浮子式波能转换装置的浮子外形对装置整体获能效率的影响较大,而理论、数值模拟及试验研究多集中于柱形、球形等有限外形。因此,本文针对纵摇浮子式波能转换装置的外形优化及局部设计展开研究,并对装置的水动力性能进行计算分析。首先,采用商业软件ANSYS-AQWA计算分析柱形球底、锥底、台底三种常见外形的浮子水动力性能,并以此为母型数据,构建参数化的外形优化方案,对浮子的外形和内部布局进行优化设计;然后,建立纵摇浮子的水动力模型,模拟纵摇浮子在波浪中运动的水动力特性,研究内置摆板与浮子的耦合运动方程,编程计入到浮子运动中,利用MATLAB软件对所设计浮子的功率、俘获宽度比进行计算,并分析各影响要素对装置功率的影响;最后,运用FORTRAN软件对AQWA进行二次开发,在规则波、不规则波等多种工况下,分析校核发电装置的运动情况、受力情况及安全性能。研究结果表明:球底型浮子是三类基本外形中纵摇性能最好的;浮子外形影响因素中,迎浪宽度和弧度对浮子的纵摇性能影响较大;内部布局影响要素中,转动惯量对浮子的纵摇性能影响较大;设计浮子的频域水动力性能满足海上移动平台规范要求,纵摇响应性能较优;装置的功率随着PTO阻尼系数和内置摆动体转动惯量I_3的增加而升高;规则波和不规则波等各种工况条件下,装置都能安全稳定的运行,可靠性高。本文的研究成果对于南海海域中纵摇浮子式波能转换装置的水动力性能影响研究,以及完善纵摇浮子式波能转换装置的设计研究具有重要意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P742;P743.2
【图文】：

示意图,六自由度运动,坐标系,示意图

子式波能发电装置水动力性能的研究，本章通运动的情况下，研究线性波浪的理论表达式，域运动方程、浮子时域运动方程，分析浮子的界条件摇浮子式波能转换发电装置的性能，本文采用yz[54]：坐标原点取在与静水面重合的流场水平面轴构成笛卡尔右手坐标系，如图 2.1 所示。浮ge（纵荡）、sway（横荡）、heave（垂荡）、roll（可将三个荡归为线位移，三个摇归为角位移。主要研究其纵摇运动及纵摇运动响应，即浮子

截面图,纵摇,浮子,截面图

0GM 为初稳心高。浮子在纵摇时，浮心发生移动，重心G 、浮心B 、移动后的浮心1B 、稳心 M 如图2.2 所示。图 2.2 纵摇浮子截面图该浮子的纵摇初稳心高GM 可表示为：GM BM BG(2-21)式中，BM 为纵摇稳心半径，BG 为浮心和重心之间的距离。LIBM (2-22)

浮子,速度势,表达式,等参元法

为：( 1, 2,3, 4,5,6)jjn jn 动浮子在波浪中的 6 个自由度的辐射势，jn 为merfeld 方程为：0lim ( ) 0 ( 1, 2,3, 4,5,6jjrr ik jr 射势的 Fredmolm 方程为：0 0( , )( )) ( ) ( , ) B BjjS SG x xx x ds G x x ds n n 流体与浮子边界处的离散为等参元法，如图对节点处的速度势进行求解。

【参考文献】