干扰作用下自激振动能量俘获的数值模拟研究
发布时间：2021-02-19 22:39
风力发电、太阳能发电和蓄水发电等电能获取方式存在着对建设环境要求高、维护成本大等弊端。研究表明,海洋中存储着大量的流体动能,借助流致振动现象可将其转换为电能。因此,海洋俘能技术已经成为发电研究的主要方向。此外,流致振动俘能器大多以机群的形式工作,且具有供电针对性强、建设成本低等优点,所以借助干扰效应优化其综合性能具有重要的研究意义。基于以上研究背景,本文建立了干扰效应下俘能圆柱发生自激振动的流固耦合模型,并对该模型进行了数值模拟计算,进而在正弦假设的基础上计算了流致振动俘能器的输出功率、俘能效率和功率密度。主要研究内容和结论如下:（1）分别研究了圆柱干扰、尾涡干扰和流道干扰下俘能圆柱的受力和振动特性。结果表明,干扰效应的存在会诱发俘能圆柱发生涡激振动-驰振耦合振动,在提高流致振动俘能器输出功率和俘能效率的同时有效拓宽其有效工作带宽,最终实现对其综合性能的改善。（2）对比了圆柱干扰下不同干扰距离和来流速度下俘能圆柱的振动情况。结果表明,圆柱干扰可以诱使俘能圆柱发生多谐波振动,进而实现对流致振动俘能器输出功率的强化。计算表明,圆柱干扰下的最大输出功率将在U*=12,HS=3D,TS=1D时...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近七年来我国的用电总量(单位：太瓦时)[4]
1绪论11绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景自从石油问题被提出以来，能源供应不足日益成为了制约社会发展的主要因素之一[1-3]。据国家电力规划设计总院发布的《中国能源发展报告2018》显示，近年来我国能源消耗总量仍在不断上升，其中电能的消耗更是连续7年攀升[4]。统计数据表明，2018年我国的电能消耗总量高达6800TWh，占能源总消耗量的21.6%[5]。此外，由图1.1可知，2018年我国电能消耗的增量也同样突破了史上最高[4]。因此，电能的供应保障长期以来一直都为我国所重视，2016年提出的五年规划明确指出，电力生产是国家安全和社会经济发展的基础，并将发展新能源开发技术和优化电力供应新布局作为缓解生态环境与能源危机的重要举措[6]。图1.1近七年来我国的用电总量(单位：太瓦时)[4]连年增长的耗电量对我国的电能供应提出了新的要求，由图1.2可知，火力发电作为我国现阶段最主要的发电形式，其工作过程会对生态环境产生严重的污染，且存在着对燃料的利用率低和发电成本高等缺点。因此，十九大报告中明确将优化能源结构，实现清洁低碳发展作为我国能源革命的本质要求[7]。从可再
过大，而很难俘获低风速下的风能，且所产生的电能大多难以并入电网，最终造成了电力和风能的浪费[8]。为了规避风力发电所存在的浪费问题，太阳能发电开始向为单一用户供电的应用方向发展，但是太阳能发电装置的应用前景却为其对天气依赖过大和建设维护成本过高所限制。相较于风力发电和太阳能发电，现今我国所采用的以三峡发电站为代表的蓄水发电虽然已经实现了并入国家电网，大大地缓解了我国的供电压力。但是由于其在发电前需要进行提前蓄水[9]，所以为了防止蓄水泄露问题的发生，蓄水发电同样面临着成本过高的问题。图1.22018年我国的能源供应配置(a)能源生产结构；(b)电力装机结构[2]在众多清洁能源中，海洋能凭借其储备数额巨大、能量通量大等优势逐渐成为了发展清洁发电的新方向[10-13]。据国家海洋局公布的相关数据显示，利用海洋能进行发电，理论上每年可以获取2亿兆瓦的电能，约为全球年耗电总量的85倍[14,15]。我国可用于开发的海域面积约4.7万公顷，从海洋能中获取电能以缓解能源供应不足和环境污染等问题在我国有着深厚的应用基矗与传统的水动能不同，海洋流体动能主要以波浪能、潮汐能和海风能等形式存在，其稳定性更易受地形和气候等因素的影响，且存在着能量分布不均和峰值波动较大等不足。同时，水轮机在盐碱性海水中的维护成本也远高于其在河流中的维护成本。此外，建设蓄水式发电系统需要较大的项目规模，且海洋生态系统较河流更加复杂，所以建设海洋蓄水式发电系统会对海洋生态系统产生强烈的冲击[16-19]。因此，传统的蓄水发电方式并不适用于对海洋流体动能的俘获，采用新的发电方式对海洋
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等效电路法的变三角截面驰振压电能量收集研究[J]. 王定标,苏震,史兆臣,李国平,王军雷. 固体力学学报. 2019(05)
[2]多能互补海洋能集成发电技术研究综述[J]. 王世明,李泽宇,于涛,马晨倍. 海洋通报. 2019(03)
[3]论能源革命与科技使命[J]. 邹才能,潘松圻,党刘栓. 西南石油大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]基于Mann-Kendall法的中国海洋环境质量变化趋势分析[J]. 张燕,隋传国,张瑞瑾,蔡恒江,袁道伟. 环境污染与防治. 2019(02)
[5]基于CFD的菱形截面门式桥塔驰振特性数值模拟[J]. 洪成晶,郑史雄,陈志强,周强,唐煜,袁达平. 铁道建筑. 2018(12)
[6]推进清洁能源消纳 践行绿色发展[J]. 王兴刚,欧阳婷婷. 中国电力企业管理. 2018(31)
[7]大规模新能源发电基地出力特性研究[J]. 郑可轲,牛玉广. 太阳能学报. 2018(09)
[8]有风攻角的棱柱体驰振计算方法研究[J]. 谢兰博,廖海黎. 振动与冲击. 2018(17)
[9]虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望[J]. 柴建云,赵杨阳,孙旭东,耿华. 电力系统自动化. 2018(09)
[10]质量比和阻尼比对高阻尼涡激振动的影响[J]. 李小超,周熙林,赵利平. 船舶力学. 2018(02)
博士论文
[1]基于流机电多物理场耦合下涡激振动能量收集模型及特性[D]. 王军雷.重庆大学 2014
[2]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
硕士论文
[1]架空导线微风振动强化换热效应及疲劳寿命分析[D]. 徐建坤.郑州大学 2019
[2]基于OpenFOAM的圆柱双自由度涡激振动数值模拟研究[D]. 张立健.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3041792
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近七年来我国的用电总量(单位：太瓦时)[4]
1绪论11绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景自从石油问题被提出以来，能源供应不足日益成为了制约社会发展的主要因素之一[1-3]。据国家电力规划设计总院发布的《中国能源发展报告2018》显示，近年来我国能源消耗总量仍在不断上升，其中电能的消耗更是连续7年攀升[4]。统计数据表明，2018年我国的电能消耗总量高达6800TWh，占能源总消耗量的21.6%[5]。此外，由图1.1可知，2018年我国电能消耗的增量也同样突破了史上最高[4]。因此，电能的供应保障长期以来一直都为我国所重视，2016年提出的五年规划明确指出，电力生产是国家安全和社会经济发展的基础，并将发展新能源开发技术和优化电力供应新布局作为缓解生态环境与能源危机的重要举措[6]。图1.1近七年来我国的用电总量(单位：太瓦时)[4]连年增长的耗电量对我国的电能供应提出了新的要求，由图1.2可知，火力发电作为我国现阶段最主要的发电形式，其工作过程会对生态环境产生严重的污染，且存在着对燃料的利用率低和发电成本高等缺点。因此，十九大报告中明确将优化能源结构，实现清洁低碳发展作为我国能源革命的本质要求[7]。从可再
过大，而很难俘获低风速下的风能，且所产生的电能大多难以并入电网，最终造成了电力和风能的浪费[8]。为了规避风力发电所存在的浪费问题，太阳能发电开始向为单一用户供电的应用方向发展，但是太阳能发电装置的应用前景却为其对天气依赖过大和建设维护成本过高所限制。相较于风力发电和太阳能发电，现今我国所采用的以三峡发电站为代表的蓄水发电虽然已经实现了并入国家电网，大大地缓解了我国的供电压力。但是由于其在发电前需要进行提前蓄水[9]，所以为了防止蓄水泄露问题的发生，蓄水发电同样面临着成本过高的问题。图1.22018年我国的能源供应配置(a)能源生产结构；(b)电力装机结构[2]在众多清洁能源中，海洋能凭借其储备数额巨大、能量通量大等优势逐渐成为了发展清洁发电的新方向[10-13]。据国家海洋局公布的相关数据显示，利用海洋能进行发电，理论上每年可以获取2亿兆瓦的电能，约为全球年耗电总量的85倍[14,15]。我国可用于开发的海域面积约4.7万公顷，从海洋能中获取电能以缓解能源供应不足和环境污染等问题在我国有着深厚的应用基矗与传统的水动能不同，海洋流体动能主要以波浪能、潮汐能和海风能等形式存在，其稳定性更易受地形和气候等因素的影响，且存在着能量分布不均和峰值波动较大等不足。同时，水轮机在盐碱性海水中的维护成本也远高于其在河流中的维护成本。此外，建设蓄水式发电系统需要较大的项目规模，且海洋生态系统较河流更加复杂，所以建设海洋蓄水式发电系统会对海洋生态系统产生强烈的冲击[16-19]。因此，传统的蓄水发电方式并不适用于对海洋流体动能的俘获，采用新的发电方式对海洋
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等效电路法的变三角截面驰振压电能量收集研究[J]. 王定标,苏震,史兆臣,李国平,王军雷. 固体力学学报. 2019(05)
[2]多能互补海洋能集成发电技术研究综述[J]. 王世明,李泽宇,于涛,马晨倍. 海洋通报. 2019(03)
[3]论能源革命与科技使命[J]. 邹才能,潘松圻,党刘栓. 西南石油大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]基于Mann-Kendall法的中国海洋环境质量变化趋势分析[J]. 张燕,隋传国,张瑞瑾,蔡恒江,袁道伟. 环境污染与防治. 2019(02)
[5]基于CFD的菱形截面门式桥塔驰振特性数值模拟[J]. 洪成晶,郑史雄,陈志强,周强,唐煜,袁达平. 铁道建筑. 2018(12)
[6]推进清洁能源消纳 践行绿色发展[J]. 王兴刚,欧阳婷婷. 中国电力企业管理. 2018(31)
[7]大规模新能源发电基地出力特性研究[J]. 郑可轲,牛玉广. 太阳能学报. 2018(09)
[8]有风攻角的棱柱体驰振计算方法研究[J]. 谢兰博,廖海黎. 振动与冲击. 2018(17)
[9]虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望[J]. 柴建云,赵杨阳,孙旭东,耿华. 电力系统自动化. 2018(09)
[10]质量比和阻尼比对高阻尼涡激振动的影响[J]. 李小超,周熙林,赵利平. 船舶力学. 2018(02)
博士论文
[1]基于流机电多物理场耦合下涡激振动能量收集模型及特性[D]. 王军雷.重庆大学 2014
[2]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
硕士论文
[1]架空导线微风振动强化换热效应及疲劳寿命分析[D]. 徐建坤.郑州大学 2019
[2]基于OpenFOAM的圆柱双自由度涡激振动数值模拟研究[D]. 张立健.哈尔滨工程大学 2017
本文编号：3041792
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