横摇式波浪发电装置的数值与试验研究

发布时间：2021-09-06 21:39

　　随着化石能源的日渐枯竭,为了人类的可持续发展,可再生能源的开发利用成为了各国研究的重点。其中,波浪能资源丰富且分布广泛,但至今尚未得到充分利用,因此波浪发电装置的研发具有重要意义。本文以横摇式波浪发电装置为研究对象,其外形类似点头鸭,通过往复的横摇运动将波浪能转化为机械能。采用模型试验和数值仿真的研究方法,对装置的水动力性能和运动响应特性进行了系统性的分析,并在此基础上对装置的发电量和发电效率进行了计算。首先,设计了以横摇式波浪发电装置为研究对象的模型试验,并在拖曳水池中进行了装置的自由衰减试验和规则波试验。通过装置在静水中的自由衰减运动,获取了装置的水动力参数,并分析了轴深和仰角对装置水动力性能的影响。在规则波试验中,得出了装置横摇,横荡和垂荡的运动响应特性,并分析了不同轴深、仰角和浪高下装置的运动响应和系泊力。其次,利用商用软件ANSYS AQWA建立了横摇式波浪发电装置的数值模型。根据自由衰减试验的结果,对数值模型进行了粘性阻尼的修正。将数值模拟和规则波试验获得的横摇幅值响应算子进行了对比,二者吻合良好,验证了数值模型的可行性和准确性。在频域内对装置的水动力性能和转换效率进行了分... 

【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】：109 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 波浪发电装置的原理及分类
        1.2.1 振荡水柱式
        1.2.2 摆式波浪发电装置
        1.2.3 筏式波浪发电装置
        1.2.4 点吸收式波浪发电装置
        1.2.5 收缩坡道式波浪发电装置
        1.2.6 鸭式波浪发电装置
    1.3 国内外研究现状
    1.4 课题的主要研究内容
2 横摇式波浪发电装置的试验研究
    2.1 模型试验的相似原理和缩尺比的选取
        2.1.1 相似原理
        2.1.2 缩尺比的选取
    2.2 试验装置的介绍
        2.2.1 装置的设计参数
        2.2.2 系泊系统
    2.3 试验布置和仪器
        2.3.1 试验布置
        2.3.2 试验仪器和设备
    2.4 静水自由衰减试验
        2.4.1 自由衰减重复性试验验证
        2.4.2 自由衰减试验结果与分析
    2.5 规则波试验
        2.5.1 运动响应重复性试验验证
        2.5.2 试验结果与分析
    2.6 本章小结
3 数值模型
    3.1 本文所用软件介绍
    3.2 基本理论
        3.2.1 求解一阶速度势
    3.3 频域水动力模型
    3.4 时域耦合响应模型
    3.5 本章小结
4 频域分析
    4.1 计算原理
    4.2 数值验证
    4.3 计算结果
        4.3.1 水动力系数
        4.3.2 一阶波浪力
        4.3.3 幅值响应算子
        4.3.4 一次转换效率
        4.3.5 不同波浪周期下的一次转换效率
        4.3.6 评估转换效率的方法
        4.3.7 轴深的影响
        4.3.8 仰角的影响
        4.3.9 PTO系统阻尼的影响
        4.3.10 浪向的影响
    4.4 本章小结
5 时域耦合响应分析
    5.1 计算原理
        5.1.1 时域运动方程
    5.2 系泊系统
    5.3 数值验证
        5.3.1 试验概述
        5.3.2 数值与试验结果的对比
    5.4 系泊力
    5.5 发电量和发电效率
    5.6 轴深的影响
    5.7 仰角的影响
    5.8 浪向角的影响
    5.9 非规则波下的发电装置性能研究
        5.9.1 运动响应
        5.9.2 波浪力
        5.9.3 系泊力
        5.9.4 发电量和发电效率
    5.10 本章小结
结论
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]水下航行体在非规则波中出水运动数值仿真研究[J]. 王之海,刘可,李智生.  舰船电子工程. 2018(07)
[2]鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率研究[J]. 程友良,赵洪嵩,汪辉,白留祥.  海洋技术学报. 2016(05)
[3]波浪能发电技术的研究现状与发展前景[J]. 刘延俊,贾瑞,张健.  海洋技术学报. 2016(05)
[4]点头鸭式波浪能采集装置的数值模拟[J]. 李晖,何宏舟,杨绍辉,梁杰,杜宏瑞.  集美大学学报(自然科学版). 2016(05)
[5]点吸收式波浪能发电技术的研究现状与展望[J]. 杨绍辉,何宏舟,李晖,张军.  海洋技术学报. 2016(03)
[6]海蛇式波浪发电装置[J]. 张国贤.  流体传动与控制. 2015(04)
[7]血清降钙素原2种检测系统测定结果可比性及相对偏差评估[J]. 杨石,秦雪,李山,伍惠玲,李海炜,陆庆华,彭契六,翟励敏,吴君荣,隋靖喆,莫翠菊.  临床检验杂志. 2014(01)
[8]全球海域波浪能资源储量分析[J]. 郑崇伟,贾本凯,郭随平,庄卉.  资源科学. 2013(08)
[9]近岸式波浪发电装置研究[J]. 韦家础,李德堂.  浙江海洋学院学报(自然科学版). 2013(03)
[10]摆式海洋波浪发电原理与事例[J]. 顾明浩,谭祺,石世宁,訚耀保.  流体传动与控制. 2012(05)

硕士论文
[1]海上风电半潜式平台水动力性能分析及优化[D]. 曲世达.大连理工大学 2019
[2]边际油田穿梭油轮的多点系泊分析及安全性研究[D]. 郭远志.浙江海洋大学 2017
[3]“点头鸭”波浪能装置的水动力学特性及效率研究[D]. 白留祥.华北电力大学 2015
[4]波浪发电装置波能转换效率数值模拟研究[D]. 王彦龙.天津大学 2009



本文编号：3388215