浮式防波堤与波浪能发电一体化装置设计及水动力性能研究

发布时间：2020-08-02 11:37

【摘要】：浮式防波堤主要被用来抵御波浪,保护港口内结构物以及进出港船舶的安全。与传统的固定式防波堤相比,浮式防波堤结构简单、重量轻、造价低廉,对生态系统破坏小、不会影响海水交换或对工作海域的海洋环境造成污染。我国有超过1.8万公里的海岸线,且岛屿众多。对海岛进行开发时,充足电力是不可缺少的必要条件。由于大部分海岛远离大陆,依靠大陆给海岛输送电力成本太高,如果可以依靠海岛自身的资源优势以及海岛外的一些浮式结构物进行发电,将可以最有效的解决岛上用电问题。因此对浮式防波堤与波浪能发电一体化装置的研究具有非常重要的实际意义。本文基于工信部课题“浮式防波堤单元构型优选模型试验”的试验结果优选出浮式防波堤最优结构圆筒型浮式防波堤,结合本文所设计的波浪能发电装置Savonius转子,并在二维数值水槽中对其水动力性能、消波效果及发电效率进行研究。本文的主要研究内容如下:1.建立粘性二维数值水槽,并验证模拟正确性。采用RNGκ-ε湍流模型及VOF方法进行气液两相流计算,根据边界造波法原理及阻尼消波原理,利用STAR-CCM+软件,建立粘性二维数值波浪水槽,并将波浪计算值与理论值进行对比,从而验证了数值波浪水槽的准确性。2.提出了浮式防波堤与波浪能发电一体化装置的设计方案。针对目标海域海况进行分析,确定波浪条件,基于防浪消波与波浪能发电功能兼具、但以消波性能为主的设计思想,优化设计了圆筒浮式防波堤与直叶片Savonius转子波浪能发电相结合的一体化装置设计方案。3.直叶片Savonius转子波浪能装置发电性能数值计算及设计参数优选。采用CFD方法,对定轴转动的Savonius转子在不同浸没水深下性能进行研究,并将结果与试验数据进行对比,验证模拟软件的可行性。并应用此方法对定轴转动时直叶片Savonius转子性能进行不同叶片数、不同浸没深度研究。4.圆筒型浮式防波堤与直叶片Savonius转子波浪能一体化装置性能数值计算与分析。应用CFD方法,分别对浮式防波堤与波浪能发电一体化装置的水动力响应、消波性能以及发电效率进行了数值计算,并将计算结果与单独圆筒型浮式防波堤的水动力性能及消波效果进行了对比分析,获得了不同转子叶片数、不同转子初始浸没深度时一体化装置的运动响应、消波效果及发电性能。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U656.2;P743.2;TM612

【参考文献】

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本文编号：2778460