振荡水柱气室结构优化设计对比
发布时间：2021-08-01 16:37
波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性。基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高。单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响。
【文章来源】：船海工程. 2018,47(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
三维数值水槽模型三维数值水槽模型采用ICEM混合网格划分
2018年第5期杜小振，等:振荡水柱气室结构优化设计对比船海工程第47卷中部装配气室并划分非结构化网格，生成高质量的计算域网格区域;右部为消波区域，划分结构化网格，避免反射波浪对计算域造成干扰。图3三维数值水槽网格划分基于小模型尺度则假设空气压缩效应忽略不计，初始条件下，通过限定两相(水和空气)体积分数将静止水位设定在H1=4m的期望水平，定义计算域内平均水深4m，波长L1=17．1795m，波高h=0．8m，相位差值－270°;设置空气密度1．225kg/m3，海水密度998．2kg/m3。初始化后，利用Ｒegion功能标记水槽内水域，设置水相体积分数为1，在xy坐标系中设立数值水槽监测面如图4a)。对气室PTO孔口防滑壁做进一步的表面细化监测面见图4b)。图4网格整体与气室局部细化图2．3数值模拟采用验证的前后壁对称方形气室ICEM模型测试离岸式OWC模型的波能采集状况，调查入射波高和气室前壁面吃水之间的关系，以确定最优波能采集OWC模型。振荡水柱气室内部自由水面相对振幅的三维数值模拟计算结果见图5。以图4a)数值水槽监测面为基准，波形产生并达到OWC前墙边缘。波浪由波速入口边界处的速度分量规定，设置运算2500步，获得波高起伏曲线见图5。当振荡水柱气室的波面达到波峰时，前、后墙两位置处的波面高程平均值约等于气室中部的高程值，见图5a;当气室内振荡水柱气室的波面达到波谷时，自由水面的运动特征与其到达波峰时的规律基本相同，见图5b。图5气室剖面水气两相仿真云图3气室模拟结果分析三维数值波浪水槽基于4种模型OWC气室结构，通过对每一种模型?
高和气室前壁面吃水之间的关系，以确定最优波能采集OWC模型。振荡水柱气室内部自由水面相对振幅的三维数值模拟计算结果见图5。以图4a)数值水槽监测面为基准，波形产生并达到OWC前墙边缘。波浪由波速入口边界处的速度分量规定，设置运算2500步，获得波高起伏曲线见图5。当振荡水柱气室的波面达到波峰时，前、后墙两位置处的波面高程平均值约等于气室中部的高程值，见图5a;当气室内振荡水柱气室的波面达到波谷时，自由水面的运动特征与其到达波峰时的规律基本相同，见图5b。图5气室剖面水气两相仿真云图3气室模拟结果分析三维数值波浪水槽基于4种模型OWC气室结构，通过对每一种模型模拟运算，分别得出OWC气室在规则波条件下的气室压强随时间的变化曲线，分析各种结构对波浪捕获效率的影响。3．1气室内压强与结构关系对比前后壁对称方形气室与前后壁对称圆柱形气室在规则波条件下的气室压强随时间的变化曲线见图6a)，圆柱形气室压强高于方形气室;对比前后壁对称方形气室与前后壁不对称方形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6b)，前后壁不对称方形气室优于前后壁对称方形气室;对比前后壁不对称方形气室与前后壁对称圆柱形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6c)，前后壁不对称方形气室优于前后壁对称圆柱形气室;最后对比前后壁不对称方形气室与前后壁不对称圆柱形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6d)，前后壁不对称方形气室优于前后壁不对称圆柱形气室。对比图6a)、d)在气室内空气体积相同时，方形气室采集波浪振荡产生的压强效果优于圆柱形气室;对比图6b)、c)则前后壁不对称气室?
【参考文献】：
期刊论文
[1]振荡水柱装置波浪水槽试验中用于模拟非线性能量俘获系统的孔口特性(英文)[J]. Fang HE,Zhenhua HUANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(05)
[2]振荡水柱波能发电装置气室的三维数值模拟研究[J]. 纪君娜,刘臻,纪立强. 海岸工程. 2011(02)
本文编号：3315868
【文章来源】：船海工程. 2018,47(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
三维数值水槽模型三维数值水槽模型采用ICEM混合网格划分
2018年第5期杜小振，等:振荡水柱气室结构优化设计对比船海工程第47卷中部装配气室并划分非结构化网格，生成高质量的计算域网格区域;右部为消波区域，划分结构化网格，避免反射波浪对计算域造成干扰。图3三维数值水槽网格划分基于小模型尺度则假设空气压缩效应忽略不计，初始条件下，通过限定两相(水和空气)体积分数将静止水位设定在H1=4m的期望水平，定义计算域内平均水深4m，波长L1=17．1795m，波高h=0．8m，相位差值－270°;设置空气密度1．225kg/m3，海水密度998．2kg/m3。初始化后，利用Ｒegion功能标记水槽内水域，设置水相体积分数为1，在xy坐标系中设立数值水槽监测面如图4a)。对气室PTO孔口防滑壁做进一步的表面细化监测面见图4b)。图4网格整体与气室局部细化图2．3数值模拟采用验证的前后壁对称方形气室ICEM模型测试离岸式OWC模型的波能采集状况，调查入射波高和气室前壁面吃水之间的关系，以确定最优波能采集OWC模型。振荡水柱气室内部自由水面相对振幅的三维数值模拟计算结果见图5。以图4a)数值水槽监测面为基准，波形产生并达到OWC前墙边缘。波浪由波速入口边界处的速度分量规定，设置运算2500步，获得波高起伏曲线见图5。当振荡水柱气室的波面达到波峰时，前、后墙两位置处的波面高程平均值约等于气室中部的高程值，见图5a;当气室内振荡水柱气室的波面达到波谷时，自由水面的运动特征与其到达波峰时的规律基本相同，见图5b。图5气室剖面水气两相仿真云图3气室模拟结果分析三维数值波浪水槽基于4种模型OWC气室结构，通过对每一种模型?
高和气室前壁面吃水之间的关系，以确定最优波能采集OWC模型。振荡水柱气室内部自由水面相对振幅的三维数值模拟计算结果见图5。以图4a)数值水槽监测面为基准，波形产生并达到OWC前墙边缘。波浪由波速入口边界处的速度分量规定，设置运算2500步，获得波高起伏曲线见图5。当振荡水柱气室的波面达到波峰时，前、后墙两位置处的波面高程平均值约等于气室中部的高程值，见图5a;当气室内振荡水柱气室的波面达到波谷时，自由水面的运动特征与其到达波峰时的规律基本相同，见图5b。图5气室剖面水气两相仿真云图3气室模拟结果分析三维数值波浪水槽基于4种模型OWC气室结构，通过对每一种模型模拟运算，分别得出OWC气室在规则波条件下的气室压强随时间的变化曲线，分析各种结构对波浪捕获效率的影响。3．1气室内压强与结构关系对比前后壁对称方形气室与前后壁对称圆柱形气室在规则波条件下的气室压强随时间的变化曲线见图6a)，圆柱形气室压强高于方形气室;对比前后壁对称方形气室与前后壁不对称方形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6b)，前后壁不对称方形气室优于前后壁对称方形气室;对比前后壁不对称方形气室与前后壁对称圆柱形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6c)，前后壁不对称方形气室优于前后壁对称圆柱形气室;最后对比前后壁不对称方形气室与前后壁不对称圆柱形气室在规则波条件下气室压强随时间的变化曲线见图6d)，前后壁不对称方形气室优于前后壁不对称圆柱形气室。对比图6a)、d)在气室内空气体积相同时，方形气室采集波浪振荡产生的压强效果优于圆柱形气室;对比图6b)、c)则前后壁不对称气室?
【参考文献】：
期刊论文
[1]振荡水柱装置波浪水槽试验中用于模拟非线性能量俘获系统的孔口特性(英文)[J]. Fang HE,Zhenhua HUANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(05)
[2]振荡水柱波能发电装置气室的三维数值模拟研究[J]. 纪君娜,刘臻,纪立强. 海岸工程. 2011(02)
本文编号：3315868
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