碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究

发布时间：2020-08-28 02:40

【摘要】：波浪能是目前国内外海洋能研究的热点,我国波浪能储量丰富,开发利用潜力巨大。深入研究波能转换装置,对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要意义。漂浮式碟形越浪式波能发电装置是一种新型的波能发电装置,具有转换效率高、适应各种海况、可靠度好等特点。本文以碟形越浪式波能装置的实用化为背景,采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法对该装置进行了系统的研究。 本文首先提出了装置的几何形状及装配形式,并设计了装置的初始尺寸,探讨了装置的工作原理与性能特点,再通过装置的受力特性分析建立了主体结构的运动方程,同时检验了装置的漂浮性能。 对装置越浪性能的物理试验研究,明确了装置越浪量与入射波要素的变化关系;对干舷高度、导流叶片数目的研究,阐明了在不同的入射波要素情况下装置波能俘获能力的主要影响因素；对越浪——出水系统的试验,得到了越浪量与出水流量的关系。此外,本文还通过不规则波模拟试验模型装置在真实海况下的工作性能。 本文建立了基于雷诺时均方程和VOF自由面追踪方法的三维数值波浪水槽。与物理模型试验的对比表明,该数值波浪水槽能够有效地模拟波浪爬高及越浪,越浪量随其影响因素的变化趋势及计算结果与试验基本一致。数值波浪水槽较为全面地完成了对越浪——出水系统的研究,监测了出水管流速,克服了试验过程中现有流速计无法监测小管径内流速的问题。 三维数值波浪水槽对装置工作性能的模拟表明,在一定范围内,导流叶片个数对装置越浪量影响较大；出水管管径对出水流量有一定影响,管径的选择需综合考虑越浪量与水轮机匹配的因素。孔板模型可近似模拟水轮机对越浪——出水系统出水流量的影响。 本文综合运用数理模型试验和计算流体力学数值模拟的方法,确定了装置的关键形状参数——导流叶片个数与出水管管径,同时,给出了装置波能转换效率最优的入射波要素以及适合其正常工作的干舷高度变化范围。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：P743.2

【引证文献】

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本文编号：2806977