面向新型波浪压电换能装置的理论建模与分析

发布时间：2023-12-27 17:48

　　近年来,随着海洋资源不断被开发,无线传感网技术在海洋监测中发挥着巨大的作用。但无线传感网节点较多,且分布范围很广,造成了能量供给的困难。本文提出了一种新型的波浪能压电发电装置,并对其主要结构进行了建模分析,分析了装置的主要参数对压电双晶梁产能的影响。 首先,提出了一种基于阻尼板式的波浪压电换能装置。初级换能采用点吸收式结构,中间换能采用机械式结构,次级换能采用旋转压电发电机的形式；旋转压电发电机内部采用圆周阵列压电双晶梁的布局,采用无接触永磁激励的方式激励压电悬臂梁产生振动,装置整体结构简单。 其次,采用基于线性势流理论的边界元法求解波浪压电换能装置的水动力问题。使用WAFDUT1.4程序求解作用在浮体上的一阶波浪力,浮体的辐射阻尼与附加质量；采用Morison公式计算阻尼板所受的流体阻尼力；分析了带有旋转夹角的永磁铁之间作用力的计算方法。 再次,建立了主要包括振荡浮子—阻尼板、齿轮齿条、旋转压电发电机的理论模型,得出了动力学方程,求解了整个系统的运动响应，分析了弹簧刚度、阻尼板尺寸对系统能量输出的影响,进一步计算了波浪周期、波高对系统能量输出的影响；分析了装置的整机换能效率,在波高H...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 波浪能利用技术现状
        1.2.1 波能利用技术概述
        1.2.2 波浪压电换能技术的研究现状
    1.3 本论文的主要工作
2 阻尼板式波浪压电换能装置
    2.1 波浪压电换能装置的结构
    2.2 波能装置的工作原理
    2.3 初级换能装置的实验验证
    2.4 本章小结
3 波能装置的水动力学分析理论与计算
    3.1 波浪理论简介
        3.1.1 液体表面波的基本方程
        3.1.2 微幅波理论
    3.2 求解波浪与振荡浮子水动力问题的边界元法
        3.2.1 格林公式
        3.2.2 波浪对海工结构物的作用
        3.2.3 浮体在波浪作用下的运动响应
    3.3 初级换能装置的水动力学计算
        3.3.1 程序介绍
        3.3.2 振荡浮子的波浪力与水动力系数的计算
    3.4 本章小结
4 波浪压电换能装置的建模与性能分析
    4.1 波能装置的动力学模型及方程
    4.2 阻尼板的流体作用力
    4.3 旋转压电机的受力分析
        4.3.1 永磁作用力的计算
        4.3.2 压电悬臂梁的能量输出模型
    4.4 装置参数对装置换能的影响
        4.4.1 阻尼板尺寸
        4.4.2 弹簧刚度
    4.5 波浪参数对装置换能的影响
        4.5.1 波高分析
        4.5.2 波周期分析
    4.6 波能装置的换能效率
    4.7 本章小结
5 波浪压电换能装置的系泊系统设计
    5.1 系泊系统的分类
        5.1.1 系泊系统类型
        5.1.2 系泊方式
    5.2 系泊系统的设计流程
        5.2.1 系泊系统的基本设计流程
        5.2.2 系泊系统设计常用的环境标准
    5.3 系泊系统的分析
        5.3.1 悬链线理论
        5.3.2 系泊系统的设计与静态分析
        5.3.3 系泊系统的动态分析
    5.4 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



本文编号：3875604