浸没式参数激励摆波能转换装置能量俘获特性研究

发布时间：2021-12-27 19:51

　　引入参数激励摆的非线性机制,应用于波浪能发电装置,并根据实际波浪低频、低幅值激励特性,提出浸没式单摆波能转换装置,研究其在规则波中的能量俘获情况。基于势流理论,针对垂荡运动,建立非线性运动方程,进行数值求解,分析摆球质量比、激励频率、幅值和系统阻尼对能量俘获效率的影响,并与空气中单摆的能量俘获效率进行对比。结果表明:合理选取质量比,可降低浸没式参数激励摆固有频率;与空气中单摆相比,浸没式参数激励摆在低频、小振幅的波浪激励环境下,俘获能量频谱带宽更宽,发电功率更高。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

浸没式单摆的固有频率曲线

为使系统响应落入主共振区,在波浪激励频率较低时,应考虑降低系统的固有频率。当系统中质量比较低(σ=1.05)时,固有频率较小(ωn=0.563 rad/s),此时系统响应仍然具有多个共振区,其主共振区分布在ω=1 rad/s左右,与波浪激励频率相近,系统响应主要发生在主共振区。而同等质量下的空气中单摆固有频率为3.1 rad/s,远高于一般波浪激励频率,即Ω≤1,运动响应落在多个次共振区,如图4所示。其中,图4(c),(d)分别展示了浸没式单摆和空气中单摆系统的俘获能量与激励幅值之间的关系。从图中可知,当波浪激励幅值较低时,浸没式单摆的能量俘获特性优于空气中单摆,总体呈现随幅值增加而增加的趋势;波浪幅值达到临界值后,空气中单摆能量俘获呈现瞬间增加,且俘获能量高于浸没式单摆。由此可知,空气中单摆适合大幅值的环境条件,而在低幅值的波浪环境中,浸没式单摆波能转换系统的能量俘获效率更高。

不同质量比时系统吸收能量

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非线性能量俘获机制的直驱浮子式波浪能发电装置研究[J]. 肖晓龙,肖龙飞,李扬.  振动与冲击. 2018(02)
[2]海洋波力发电倒置摆系统的非线性振动实验研究[J]. 陈恩利,田瑞兰,郜浩冬.  振动与冲击. 2012(15)
[3]倒置数学摆在海洋发电中的应用研究[J]. 李向红,崔文良,曹庆杰.  动力学与控制学报. 2009(03)
[4]160kDWT FPSO在极浅水中运动安全性研究[J]. 肖龙飞,杨建民,范模,彭涛.  船舶力学. 2006(01)



本文编号：3552624