基于CFD的海蟒式俘能装置的水动力学特性研究
发布时间：2022-09-28 17:28
随着社会的发展，化石矿物燃料的日益消减，不仅引发了一连串的环境问题，还导致了能源危机。由于波浪能环保可再生、清洁的特点，人们将目光投向了海洋开发。波浪能储量丰富，目前很多国家都在开发波浪能。但海洋环境随机多变，波浪不稳定，故对高效实用的海蟒式俘能装置的研究，具有潜在的现实意义和广阔前景。 本文首先列出了一阶线性波浪的控制方程和边界条件，推导出了一阶线性波浪的速度势函数和波面高方程。在一阶线性波浪理论的基础上，通过CFD商用软件FLUENT建立二维数值水池模型，并利用UDF编程在流场控制方程中添加质量源项、动量源项实现数值模拟波浪；同时在水池末端添加阻尼源项消波。对比了同参数波浪下的理论解与仿真解的差异，得出了波浪模拟的规律；验证了水槽末端的消波效果；得出了FLUENT数值造波用于俘能装置流固耦合的可行性。 给出了俘能装置单浮筒在自由表面运动的流场控制方程和边界条件，理论分析了俘能装置单浮筒的附加质量和附加阻尼的影响因素；并基于FLUENT的附加质量和附加阻尼的计算原理，通过FLUENT建立俘能装置单浮筒的数值模型，利用UDF编程和动网格技术使其做微幅振动，研究了其分别在垂荡...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外波浪发电装置研究进展
1.2.1 国外波浪发电装置的发展
1.2.2 国内波浪发电装置的发展
1.2.3 波浪发电装置的典型形式
1.3 波浪俘能装置的水动力学研究现状
1.3.1 水动力学的纯理论模型
1.3.2 水动力学理论加修正模型
1.3.3 水动力学 CFD 模型
1.4 本文的主要研究内容
第2章 二维波浪水池的数值模拟
2.1 引言
2.2 波浪理论基本方程
2.2.1 波浪运动控制方程
2.2.2 波浪运动边界条件
2.2.3 一阶线性波浪求解
2.3 源造波理论
2.3.1 造波源存在时的控制方程
2.3.2 造波强度q s的表达式
2.4 消波理论
2.5 二维波浪水池的 FLUENT 的模拟
2.5.1 计算模型与网格划分
2.5.2 计算参数与边界条件设置
2.5.3 数值计算结果
2.6 本章小结
第3章 俘能装置的附加质量与附加阻尼的求解
3.1 引言
3.2 附加质量与附加阻尼的理论推导
3.2.1 速度势的求解
3.2.2 附加质量和附加阻尼的理论分析
3.3 附加质量与附加阻尼的 FLUENT 求解
3.3.1 计算原理
3.3.2 计算模型与网格划分
3.3.3 计算参数与边界条件设置
3.4 数值计算结果
3.4.1 垂荡数值计算结果
3.4.2 纵荡数值计算结果
3.4.3 纵摇数值计算结果
3.5 本章小结
第4章 海蟒式俘能装置的动力学分析
4.1 引言
4.2 俘能装置的运动理论基础
4.2.1 坐标系的选取及运动量描述
4.2.2 俘能装置的空间运动受力分析
4.2.3 俘能装置的流固耦合数学模型
4.3 俘能装置角速度对发电功率的影响
4.4 俘能装置动力学模型参数的计算
4.5 龙格库塔法求解非线性微分方程组
4.5.1 RK 方法的构造
4.6 基于 FLUENT 的俘能装置动力学分析
4.6.1 计算模型与网格划分
4.6.2 计算参数与边界条件设置
4.6.3 数值计算结果
4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国海洋电力业的开发现状与前景[J]. 孟嘉源. 山西能源与节能. 2009(02)
[2]粘性流中船舶横摇阻尼计算[J]. 黄昊,郭海强,朱仁传,缪国平. 船舶力学. 2008(04)
[3]基于VOF模型与动网格技术的两相流耦合模拟[J]. 童亮,余罡,彭政,余江洪,肖金生. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2008(04)
[4]带舭龙骨柱体的横摇阻尼的粘性流计算(英文)[J]. 谢楠,Dracos VASSALOS,B.S.LEE. 船舶力学. 2007(06)
[5]FLUENT计算任意二维剖面受迫振荡水动力[J]. 程红霞,李积德. 中国舰船研究. 2007(01)
[6]二维水槽数值造波分析研究[J]. 刘加海. 黑龙江水利科技. 2006(02)
[7]三维数值波浪水池技术与应用[J]. 齐鹏,王永学. 大连理工大学学报. 2003(06)
博士论文
[1]摆式波浪发电系统建模与功率控制关键技术研究[D]. 肖文平.华南理工大学 2011
[2]二维数值波浪水槽模式的建立和应用及浪流相互作用研究[D]. 高山.中国海洋大学 2003
硕士论文
[1]全液压漂浮式海浪发电装置流固耦合分析[D]. 李超.山东大学 2012
[2]多节漂浮式波浪发电装置的实验研究[D]. 周道良.大连海事大学 2011
[3]数值水池造波方法研究[D]. 李宏伟.哈尔滨工程大学 2009
[4]海洋浮子式波浪发电装置结构设计及试验研究[D]. 王凌宇.大连理工大学 2008
[5]自由面湍流场的数值模拟及其应用[D]. 曾利.哈尔滨工程大学 2006
[6]浮子式海浪发电船的动态分析与仿真[D]. 林江波.燕山大学 2006
本文编号：3682079
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外波浪发电装置研究进展
1.2.1 国外波浪发电装置的发展
1.2.2 国内波浪发电装置的发展
1.2.3 波浪发电装置的典型形式
1.3 波浪俘能装置的水动力学研究现状
1.3.1 水动力学的纯理论模型
1.3.2 水动力学理论加修正模型
1.3.3 水动力学 CFD 模型
1.4 本文的主要研究内容
第2章 二维波浪水池的数值模拟
2.1 引言
2.2 波浪理论基本方程
2.2.1 波浪运动控制方程
2.2.2 波浪运动边界条件
2.2.3 一阶线性波浪求解
2.3 源造波理论
2.3.1 造波源存在时的控制方程
2.3.2 造波强度q s的表达式
2.4 消波理论
2.5 二维波浪水池的 FLUENT 的模拟
2.5.1 计算模型与网格划分
2.5.2 计算参数与边界条件设置
2.5.3 数值计算结果
2.6 本章小结
第3章 俘能装置的附加质量与附加阻尼的求解
3.1 引言
3.2 附加质量与附加阻尼的理论推导
3.2.1 速度势的求解
3.2.2 附加质量和附加阻尼的理论分析
3.3 附加质量与附加阻尼的 FLUENT 求解
3.3.1 计算原理
3.3.2 计算模型与网格划分
3.3.3 计算参数与边界条件设置
3.4 数值计算结果
3.4.1 垂荡数值计算结果
3.4.2 纵荡数值计算结果
3.4.3 纵摇数值计算结果
3.5 本章小结
第4章 海蟒式俘能装置的动力学分析
4.1 引言
4.2 俘能装置的运动理论基础
4.2.1 坐标系的选取及运动量描述
4.2.2 俘能装置的空间运动受力分析
4.2.3 俘能装置的流固耦合数学模型
4.3 俘能装置角速度对发电功率的影响
4.4 俘能装置动力学模型参数的计算
4.5 龙格库塔法求解非线性微分方程组
4.5.1 RK 方法的构造
4.6 基于 FLUENT 的俘能装置动力学分析
4.6.1 计算模型与网格划分
4.6.2 计算参数与边界条件设置
4.6.3 数值计算结果
4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国海洋电力业的开发现状与前景[J]. 孟嘉源. 山西能源与节能. 2009(02)
[2]粘性流中船舶横摇阻尼计算[J]. 黄昊,郭海强,朱仁传,缪国平. 船舶力学. 2008(04)
[3]基于VOF模型与动网格技术的两相流耦合模拟[J]. 童亮,余罡,彭政,余江洪,肖金生. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2008(04)
[4]带舭龙骨柱体的横摇阻尼的粘性流计算(英文)[J]. 谢楠,Dracos VASSALOS,B.S.LEE. 船舶力学. 2007(06)
[5]FLUENT计算任意二维剖面受迫振荡水动力[J]. 程红霞,李积德. 中国舰船研究. 2007(01)
[6]二维水槽数值造波分析研究[J]. 刘加海. 黑龙江水利科技. 2006(02)
[7]三维数值波浪水池技术与应用[J]. 齐鹏,王永学. 大连理工大学学报. 2003(06)
博士论文
[1]摆式波浪发电系统建模与功率控制关键技术研究[D]. 肖文平.华南理工大学 2011
[2]二维数值波浪水槽模式的建立和应用及浪流相互作用研究[D]. 高山.中国海洋大学 2003
硕士论文
[1]全液压漂浮式海浪发电装置流固耦合分析[D]. 李超.山东大学 2012
[2]多节漂浮式波浪发电装置的实验研究[D]. 周道良.大连海事大学 2011
[3]数值水池造波方法研究[D]. 李宏伟.哈尔滨工程大学 2009
[4]海洋浮子式波浪发电装置结构设计及试验研究[D]. 王凌宇.大连理工大学 2008
[5]自由面湍流场的数值模拟及其应用[D]. 曾利.哈尔滨工程大学 2006
[6]浮子式海浪发电船的动态分析与仿真[D]. 林江波.燕山大学 2006
本文编号：3682079
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3682079.html
