悬臂式振荡浮子波浪能捕获装置的优化设计
发布时间：2021-05-16 06:04
人类社会迅速发展,导致化石能源趋于枯竭,能源供给和能源环境问题日益紧张严重,促进了可再生能源的发展,其中海洋波浪能转换应用技术的相关研究工作并已取得一定的研究成果。浮子作为一级能量捕获单元,其波能捕获性能极大地影响了装置能量综合利用效率,是未来波浪能发电技术进步的重点研究环节。总结了目前浮子水动力性能和CFD技术的研究现状及未来趋势,介绍了浮子式波能发电装置的技术优势和研究发展概况。基于FLOW-3D软件进行流固耦合数值水槽建模,选用VOF法实现自由表面准确追踪,RNGk-ε模型模拟紊流。经过仿真算例对比分析得出网格参数、边界条件以及消波方法对数值造波效果的影响规律,并得到数值波浪槽模型的最优参数,实现理想的造波和消波效果。对目前传统振荡式浮子中水动力性能最优的垂荡式120°锥角圆锥浮子与波浪进行缩小模型流固耦合数值仿真,得到流固耦合作用下流场的变化规律和浮子受波浪载荷情况,并结合波浪速度场分布规律,分析得出垂荡式圆锥浮子流固耦介中x向波浪载荷为消极作用力,且圆锥形与波浪速度场速度流线型变化趋势不吻合,易使水体产生漩涡从而产生能量损耗。优化改进得到悬臂式椭球型振荡浮子,并通过仿真验证了...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与目的
1.2 相关研究进展
1.2.1 浮子水动力性能研究现状
1.2.2 振荡浮子波浪能发电装置概况及其评价
1.2.3 浮子流固耦合数值模拟方法研究进展
1.3 本文的主要工作
第2章 数值波浪水槽和浮子流固耦合仿真模型
2.1 数值波浪水槽
2.1.1 波浪运动控制方程
2.1.2 湍流模型
2.1.3 自由表面的处理方法
2.1.4 数值波浪水槽网格划分
2.1.5 边界条件和初始条件
2.2 数值水槽各项网格尺寸对造波性能影响研究
2.2.1 z向网格划分
2.2.2 x向网格划分
2.2.3 三维造波效果验证
2.2.4 小结
2.3 数值消波模型及消波参数优化
2.3.1 消波组件参数优化研究
2.3.2 三维水槽测试
2.3.3 小结
第3章 悬臂式椭球振荡浮子的提出
3.1 线性波理论
3.1.1 线性波数学解析
3.1.2 线性波运动及其速度场分布仿真
3.2 垂荡式浮子水动力性能仿真及悬臂式振荡浮子的提出
3.2.1 垂荡型浮子研究概况
3.2.2 垂荡式组合圆锥浮子水动力性能仿真
3.2.3 悬臂式振荡浮子的提出
3.3 悬臂式振荡椭球浮子的提出
3.4 本章小结
第4章 椭球浮子装置参数对水动力性能的影响规律及其优化
4.1 浮子几何特征参数研究
4.2 浮子臂初始角度
4.3 浮子质量和模拟负载阻尼组合参数
4.4 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界海洋可再生能源的开发利用对我国的启示[J]. 王宝森,徐春红,陈华. 海洋开发与管理. 2014(06)
[2]柱对称双浮子波能装置散射问题的解析方法[J]. 吴必军,郑永红,游亚戈,孙晓燕,陈勇. 海洋学报(中文版). 2004(03)
[3]2-D Composite Model for Numerical Simulations of Nonlinear Waves[J]. 齐鹏,王永学,邹志利. China Ocean Engineering. 2000(01)
[4]数值模拟波浪翻越直立方柱[J]. 万德成,缪国平. 水动力学研究与进展（A辑）. 1998(03)
[5]波浪运动的数值模拟[J]. 王金瑞. 华北水利水电学院学报. 1996(01)
[6]不规则波作用下大尺度方形群墩结构的相互影响[J]. 王永学. 海洋工程. 1994(04)
博士论文
[1]振荡浮子式波浪能发电装置水动力性能研究[D]. 彭建军.山东大学 2014
[2]振荡浮子式波浪发电装置的水动力学特性研究[D]. 马哲.中国海洋大学 2013
[3]浮力摆式波浪能装置的水动力性能研究[D]. 赵海涛.浙江大学 2012
[4]数值波浪水槽及其应用研究[D]. 郭晓宇.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]半潜式钻井平台工作水深及平台吃水变化对平台气隙响应的研究[D]. 宋春旺.天津大学 2014
[2]组合型振荡浮子波能发电装置研究[D]. 高人杰.中国海洋大学 2012
[3]海浪发电实验装置设计与研究[D]. 程波.山东大学 2012
[4]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[5]波浪的三维数值模拟及其应用[D]. 张婷.天津大学 2009
本文编号：3189125
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与目的
1.2 相关研究进展
1.2.1 浮子水动力性能研究现状
1.2.2 振荡浮子波浪能发电装置概况及其评价
1.2.3 浮子流固耦合数值模拟方法研究进展
1.3 本文的主要工作
第2章 数值波浪水槽和浮子流固耦合仿真模型
2.1 数值波浪水槽
2.1.1 波浪运动控制方程
2.1.2 湍流模型
2.1.3 自由表面的处理方法
2.1.4 数值波浪水槽网格划分
2.1.5 边界条件和初始条件
2.2 数值水槽各项网格尺寸对造波性能影响研究
2.2.1 z向网格划分
2.2.2 x向网格划分
2.2.3 三维造波效果验证
2.2.4 小结
2.3 数值消波模型及消波参数优化
2.3.1 消波组件参数优化研究
2.3.2 三维水槽测试
2.3.3 小结
第3章 悬臂式椭球振荡浮子的提出
3.1 线性波理论
3.1.1 线性波数学解析
3.1.2 线性波运动及其速度场分布仿真
3.2 垂荡式浮子水动力性能仿真及悬臂式振荡浮子的提出
3.2.1 垂荡型浮子研究概况
3.2.2 垂荡式组合圆锥浮子水动力性能仿真
3.2.3 悬臂式振荡浮子的提出
3.3 悬臂式振荡椭球浮子的提出
3.4 本章小结
第4章 椭球浮子装置参数对水动力性能的影响规律及其优化
4.1 浮子几何特征参数研究
4.2 浮子臂初始角度
4.3 浮子质量和模拟负载阻尼组合参数
4.4 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界海洋可再生能源的开发利用对我国的启示[J]. 王宝森,徐春红,陈华. 海洋开发与管理. 2014(06)
[2]柱对称双浮子波能装置散射问题的解析方法[J]. 吴必军,郑永红,游亚戈,孙晓燕,陈勇. 海洋学报(中文版). 2004(03)
[3]2-D Composite Model for Numerical Simulations of Nonlinear Waves[J]. 齐鹏,王永学,邹志利. China Ocean Engineering. 2000(01)
[4]数值模拟波浪翻越直立方柱[J]. 万德成,缪国平. 水动力学研究与进展（A辑）. 1998(03)
[5]波浪运动的数值模拟[J]. 王金瑞. 华北水利水电学院学报. 1996(01)
[6]不规则波作用下大尺度方形群墩结构的相互影响[J]. 王永学. 海洋工程. 1994(04)
博士论文
[1]振荡浮子式波浪能发电装置水动力性能研究[D]. 彭建军.山东大学 2014
[2]振荡浮子式波浪发电装置的水动力学特性研究[D]. 马哲.中国海洋大学 2013
[3]浮力摆式波浪能装置的水动力性能研究[D]. 赵海涛.浙江大学 2012
[4]数值波浪水槽及其应用研究[D]. 郭晓宇.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]半潜式钻井平台工作水深及平台吃水变化对平台气隙响应的研究[D]. 宋春旺.天津大学 2014
[2]组合型振荡浮子波能发电装置研究[D]. 高人杰.中国海洋大学 2012
[3]海浪发电实验装置设计与研究[D]. 程波.山东大学 2012
[4]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[5]波浪的三维数值模拟及其应用[D]. 张婷.天津大学 2009
本文编号：3189125
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3189125.html
