潮流能转换装置阻尼条件下圆柱振子涡激振动现象研究

发布时间：2024-03-06 00:43

　　潮流能是一种拥有较高的可预测性及较好的能量密度的绿色可再生能源,具有大规模开发和利用的潜力。针对我国沿海大部分地区潮流流速偏低、深度较浅的状况,基于涡激振动原理的人工肌肉潮流能发电装置的新构想应运而生。该装置采用振子在潮流中的涡激振动现象来实现海水动能向装置运动件动能的高效转化,并利用非线性介电弹性体人工肌肉电致动特性的反现象将运动件的动能直接转化为电能。本文从涡激振动现象的原理出发,对涡激振动潮流能转换装置建立物理模型、半经验数学模型、实验样机模型,基于有限元分析软件ADINA进行非线性流固耦合数值模拟,对有无非线性换能单元阻尼情况分别进行水槽实验,最终完成潮流能转换装置阻尼条件下圆柱振子的涡激振动现象研究。本文首先简单介绍了当前国内外潮流能转换装置的研究现状,总结了近几十年来国内外学者对涡激振动现象进行的理论计算研究、数值模拟方法和结果以及实验探索。然后通过对涡激振动潮流能转换装置的设计建立其简化的物理模型,并进一步借助半经验尾流振子模型建立起振动系统的数学模型。接下来,分别建立流场域和结构域,选用适当的有限元分析方法,利用ADINA软件进行不同参数变量下的二维流固耦合数值模拟,得...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
参数符号说明
1 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
        1.1.1 潮流能资源的开发与利用
        1.1.2 潮流能转换装置研究现状
    1.2 涡激振动研究进展
        1.2.1 涡激振动研究背景
        1.2.2 涡激振动模型实验研究进展
        1.2.3 涡激振动数值模拟研究进展
    1.3 本文的主要工作及创新点
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 创新点
2 阻尼条件下涡激振动理论分析
    2.1 涡激振动机理简介
    2.2 阻尼条件下涡激振动数学模型
        2.2.1 引言
        2.2.2 模型概述
    2.3 阻尼对涡激振动影响分析
    2.4 涡激振动的增强
    2.5 本章小结
3 基于ADINA软件的流固耦合问题求解
    3.1 ADINA简介
    3.2 流固耦合问题研究方法
    3.3 流体域相关问题
        3.3.1 不可压缩流体控制方程
        3.3.2 湍流模型
        3.3.3 SIMPLEC算法
    3.4 结构域相关问题
    3.5 潮流能转换装置流固耦合求解
        3.5.1 边界及初始条件设置
        3.5.2 结构运动方程的求解方法
        3.5.3 网格的生成
    3.6 本章小结
4 二维弹性支撑圆柱数值模拟及分析
    4.1 模拟工况设置
    4.2 网格可靠性验证
    4.3 线性阻尼条件下的数值模拟
    4.4 非线性阻尼条件下的数值模拟
    4.5 本章小结
5 涡激振动潮流能转换装置实验研究
    5.1 实验设施
    5.2 实验材料及装置
        5.2.1 实验材料及属性
        5.2.2 实验装置
    5.3 实验内容及实验数据
        5.3.1 静水衰减实验
        5.3.2 线性阻尼涡激振动实验
        5.3.3 非线性阻尼涡激振动实验
    5.4 实验结果处理及分析
        5.4.1 线性阻尼涡激振动实验结果分析
        5.4.2 非线性阻尼涡激振动实验结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文主要研究内容
    6.2 本文不足与展望
参考文献
致谢
个人简历
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本文编号：3920291