共振直驱式浮力摆波能发电装置动力学研究

发布时间：2021-06-27 14:56

　　为提升浮力摆式波能转换装置的效率,基于摇杆—滑块—弹簧模型设计了一种由浮力摆直接驱动电磁式直线发电的波能转换装置,其中直线发电模块一端处连接有弹簧,与浮力摆形成复合振动。建立了波能转换装置的物理模型,基于频域势流理论推导浮力摆所受到的波浪激振力矩、附加惯性力矩,分析波能装置中浮力摆及位于滑块位置处的直线发电机构的运动学特征。基于ADINA实现浮力摆与给定参数下的波浪域流固耦合数值模拟,计算浮力摆与波浪的流固耦合界面力。为进一步分析直线发电模块所连接弹簧对波能装置发电效率的影响,分别设置为无弹簧、弹簧刚度系数为100 N/m和弹簧刚度系数为800 N/m三种不同的连接弹簧参数,分析弹簧参数对直线发电模块运动学响应的影响。研究结果表明:施加弹簧可有效提升浮力摆波能转换效率;当所施加弹簧刚度系数与直线发电模块所形成的结构固有频率接近波浪激振频率时,系统形成共振,运动学响应最大,可实现浮力摆式波能转换装置的优化设计及改进。 

【文章来源】：海洋技术学报. 2020,39(05)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

浮力摆驱动直线发电系统

流体与浮力摆接触面设置为流固耦合边界。流体域的两个侧壁和底面均设置为固壁边界条件，由于侧壁对应为假想水体截面，故设为可滑移表面。底面为岸底不可滑表面。底面为岸底不可滑表面。流体域上表面设置为自由表面边界条件。右端面设置为具有对称边界的出流面，有效减小反射波，保证比较理想的消波效果。图2所示为流体域边界条件设置图，同时显示了在9.8 s时刻所施加的入口流速。2.2 浮力摆流固耦合水动力学分析

图3为波浪流域左端施加速度v=0.5sin(0.5πt)的边界条件时，在4 s,6 s,10 s,14 s时刻流体质点的位移。由图可知，距离左端造波边界越近，其波面质点Z向位移峰值越高，最高峰值达到0.5 m，随着波浪的向前传播，波面峰值呈下降趋势。大约在第4 s时刻，迎波波浪传递至浮力摆位置处，浮力摆开始摆动，浮力摆上方波浪质点位移峰值保持在0.36 m附近。图4为4 s和14 s时刻流域内流体质点Y向位移图，仅浮力摆周边流域内质点存在明显Y向位移，最大Y向位移为0.49 m，表明浮力摆与周边流域的流固耦合相互作用明显。图5为4 s和14 s时刻流域流体质点沿Y向速度云图，第14 s时刻流体质点沿Y向传递的速度云图，波浪质点沿Y轴方向速度最大为2.202 m/s，最大速度位于波面上，最小速度为-0.546 m/s，位于流域底面上。结合图4的位移云图，反映了波浪质点椭圆运动轨迹的特性，靠近波面处流体质点轨迹椭圆运动范围较靠近底部运动范围大。图4 不同时刻流域内流体质点Y向位移图

【参考文献】：
期刊论文
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[4]浮力摆式波浪能发电装置运动学仿真分析[J]. 李威,潘卫明,杨戈尔,刘靖飙.  海洋技术学报. 2014(02)
[5]摆式波浪发电装置一级转化效率模型试验研究[J]. 田育丰,黄焱,史庆增.  海洋工程. 2012(03)

硕士论文
[1]浮力摆式波能转换装置水动力性能的实验和数值分析[D]. 刘成果.大连理工大学 2017



本文编号：3253065