摆式波能转换装置水动力特性的数值分析
发布时间：2021-08-15 03:39
海洋波浪能作为一种无污染的可再生能源,世界各国对其进行了大量的研究,在过去几十年的时间里取得了显著的进步。目前,多种波能转换装置被研制出来,有些已经商业化生产。本文研究的摆式波能转换装置铰接于开敞海域的海床基础构件上,以摆板做吸能载体随波浪运动而前后摆板,摆板的运动带动液压活塞运动,通过压缩液压系统内的液体形成高压水流,驱动岸边水轮机发电。这种装置的主要优点是：机构简单、频率响应范围宽、极端荷载适应性强、常海况条件转换效率高、建造成本相对较低。在国外还处于实海测试研究阶段,还有待进一步应用与推广。本文结合这种波能装置的摆板运动规律以及液压系统的工作原理,运用势流理论分析了波浪对摆式波能转换装置的作用,进而分别建立了用于分析波能装置水动力特性的频域模型和时域模型,最后开展了波能装置的摆板振幅、活塞传动力、输出功率、俘获效率以及结构受力的数值分析与研究。主要从以下几个方面展开：1)对水深、结构尺寸与形状以及液压系统特性参数的影响进行了数值研究,计算了不同参数条件下波能装置的俘获效率、摆板振幅、活塞传动力以及输出功率,通过数据分析给出模型设计参数的合理范围。2)对波能装置在不规则波作用下的输...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 存在的问题
1.4 本文主要研究工作
2 数学模型及数值方法
2.1 波浪与结构物作用的频域势流方法
2.1.1 控制方程和边界条件
2.1.2 线性入射波速度势
2.1.3 边界积分方程的建立及其离散
2.1.4 一阶波浪力和水动力系数
2.2 摆式波能转换装置的频域分析模型
2.2.1 受力分析
2.2.2 摆板运动方程的建立与求解
2.2.3 转轴作用力
2.2.4 输出功率和波能俘获效率
2.2.5 摆板表面压强
2.2.6 线性化近似模拟
2.3 摆式波能转换装置的时域分析模型
2.3.1 运动分析
2.3.2 摆板运动方程的建立与求解
2.3.3 转轴作用力
2.3.4 输出功率和波能俘获效率
2.3.5 非线性化模拟
2.4 小结
3 数值模型的对比验证
3.1 频、时域模型对比验证
3.1.1 结构尺寸与网格剖分
3.1.2 结果对比与分析
3.2 湿表面重构与积分验算
3.3 小结
4 水动力特性影响参数的研究
4.1 水深的影响研究
4.1.1 自振频率
4.1.2 波能俘获效率
4.1.3 振幅、传动力与输出功率
4.2 结构尺寸与形状的影响研究
4.2.1 板宽的影响研究
4.2.2 板厚的影响研究
4.2.3 几何形状的影响研究
4.3 液压系统特性参数的影响研究
4.3.1 线性液压系统下的数值研究
4.3.2 非线性液压系统下的数值研究
4.4 小结
5 不规则波作用下波能装置的输出性能
5.1 JONSWAP谱简述
5.2 波谱与波面
5.3 振幅、传动力与输出功率
5.4 小结
6 结构受力的数值研究
6.1 摆板表面受力
6.2 转轴受力
6.3 小结
7 结论与展望
7.1 本文结论
7.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪能开发与利用研究进展[J]. 刘寅立,焦永芳. 中国高新技术企业. 2009(02)
[2]我国海洋能研究与开发述评[J]. 蒋秋飚,鲍献文,韩雪霜. 海洋开发与管理. 2008(12)
[3]波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法——自由项和柯西主值积分的直接数值计算[J]. 滕斌,勾莹,宁德志. 海洋学报(中文版). 2006(01)
[4]国内外海洋能技术的发展与展望[J]. 电气技术. 2005(07)
[5]海洋能源利用进展[J]. 高祥帆,游亚戈. 中国高校科技与产业化. 2004(06)
[6]Wave Energy Study in China: Advancements and Perspectives[J]. 游亚戈,郑永红,沈永明,吴必军,刘荣. China Ocean Engineering. 2003(01)
[7]我国建成30kW摆式波力电站[J]. 吕曰恒. 海洋信息. 2000(03)
[8]海洋波浪能发电技术进展[J]. 余志. 海洋工程. 1993(01)
本文编号：3343775
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 存在的问题
1.4 本文主要研究工作
2 数学模型及数值方法
2.1 波浪与结构物作用的频域势流方法
2.1.1 控制方程和边界条件
2.1.2 线性入射波速度势
2.1.3 边界积分方程的建立及其离散
2.1.4 一阶波浪力和水动力系数
2.2 摆式波能转换装置的频域分析模型
2.2.1 受力分析
2.2.2 摆板运动方程的建立与求解
2.2.3 转轴作用力
2.2.4 输出功率和波能俘获效率
2.2.5 摆板表面压强
2.2.6 线性化近似模拟
2.3 摆式波能转换装置的时域分析模型
2.3.1 运动分析
2.3.2 摆板运动方程的建立与求解
2.3.3 转轴作用力
2.3.4 输出功率和波能俘获效率
2.3.5 非线性化模拟
2.4 小结
3 数值模型的对比验证
3.1 频、时域模型对比验证
3.1.1 结构尺寸与网格剖分
3.1.2 结果对比与分析
3.2 湿表面重构与积分验算
3.3 小结
4 水动力特性影响参数的研究
4.1 水深的影响研究
4.1.1 自振频率
4.1.2 波能俘获效率
4.1.3 振幅、传动力与输出功率
4.2 结构尺寸与形状的影响研究
4.2.1 板宽的影响研究
4.2.2 板厚的影响研究
4.2.3 几何形状的影响研究
4.3 液压系统特性参数的影响研究
4.3.1 线性液压系统下的数值研究
4.3.2 非线性液压系统下的数值研究
4.4 小结
5 不规则波作用下波能装置的输出性能
5.1 JONSWAP谱简述
5.2 波谱与波面
5.3 振幅、传动力与输出功率
5.4 小结
6 结构受力的数值研究
6.1 摆板表面受力
6.2 转轴受力
6.3 小结
7 结论与展望
7.1 本文结论
7.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]波浪能开发与利用研究进展[J]. 刘寅立,焦永芳. 中国高新技术企业. 2009(02)
[2]我国海洋能研究与开发述评[J]. 蒋秋飚,鲍献文,韩雪霜. 海洋开发与管理. 2008(12)
[3]波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法——自由项和柯西主值积分的直接数值计算[J]. 滕斌,勾莹,宁德志. 海洋学报(中文版). 2006(01)
[4]国内外海洋能技术的发展与展望[J]. 电气技术. 2005(07)
[5]海洋能源利用进展[J]. 高祥帆,游亚戈. 中国高校科技与产业化. 2004(06)
[6]Wave Energy Study in China: Advancements and Perspectives[J]. 游亚戈,郑永红,沈永明,吴必军,刘荣. China Ocean Engineering. 2003(01)
[7]我国建成30kW摆式波力电站[J]. 吕曰恒. 海洋信息. 2000(03)
[8]海洋波浪能发电技术进展[J]. 余志. 海洋工程. 1993(01)
本文编号：3343775
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3343775.html
