振荡浮子式波能转换装置动力输出系统特性研究

发布时间：2024-02-01 07:04

　　动力输出系统(Power Take-Off, PTO)作为波浪能转换装置(Wave Energy Converter, WEC)的主要构件之一,对系统运动及能量转换至关重要。首先基于势流理论,运用特征函数展开法得到圆柱形浮体所在流域的速度势函数级数表达式,进而通过边界匹配法得到作垂荡运动浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的解析表达式。针对阻尼器特性,分别研究线性和非线性PTO阻尼作用下,浮子的运动及波能转换特性,重点研究了线性PTO作用下的过阻尼问题。计算结果表明,低速度指数的PTO系统对装置运动的影响主要体现在PTO阻尼系数上,随着阻尼系数增大,波能装置的共振频率逐渐减小,但减小幅度很小;PTO系统的非线性特性并不能改变浮子的最优转换效率,但是较大的速度指数能有效改善PTO系统的阻尼容量;在较低频和较高频时,通过解析算法得到的最优PTO阻尼系数会使得装置处于过阻尼工作状态,且在低频部分需要进行最优PTO修正的最高频率和在高频部分需要进行修正的最低频率均随着半径和吃水的增大而逐渐减小。

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【部分图文】：

图1波能转换振动模型

假定单个浮体通过PTO系统与固定基座(海底)连接,在波浪作用下往复垂向振荡,激活阻尼器进而对外做功,此类装置即为振荡浮子式波浪能装置,其振动模型可以表示如图1所示,其中ch和kh分别表示由水动力产生的等效阻尼和刚度系数,cp为PTO阻尼系数。浮子连接阻尼器,在波浪作用下作有阻....

图2振荡浮子模型及流域划分

如前面所述,假定半径为R,吃水为d的圆柱形结构通过PTO系统连接浮于水深为h的波面上。在静水中浮子水线面中心建立柱坐标系(r,θ,z)来描述流场运动,如图2所示。在柱坐标系下,引进速度势?(r,θ,z,t)来描述流场运动,如式(12)所示

图3吃水d/h分别为0.2(左)和0.4(右)时浮子受到的无因次垂荡波浪激励力幅值

不同吃水和半径的浮子受到的垂向无因次波浪载荷如图3和图4所示。图中曲线表示本文解析计算结果,标记点表示参考文献[9]的计算结果,两种计算结果几乎一致,由此说明本文绕射问题求解的准确性。从图3可以得知,对于给定吃水的圆柱形浮子,在波浪频率为0时,无因次的波浪激励力为1;而在波浪频率....

图4半径R/h分别为0.1(左)和0.2(右)时浮子受到的无因次垂荡波浪激励力幅值

如果给定浮子半径,改变其吃水受到的无因次波浪激励力如图4所示。从图中可以看出,频率从低到高的过程中,波浪激励力从1减小到0,浮子吃水越大,减小的更加迅速。2.2垂向响应振幅

本文编号：3891747