主动共振波能技术优化方法研究

发布时间：2021-08-21 12:19

　　现有研究波能转换效率的文献一致得出:最优波能转换效率是在波能系统处于共振状态。这已经成为研究者的共识。前期对点吸收波能装置研究认为:浮体与水构成的系统,其自振频率远高于实际波浪的频率,在现实中不可能实现波能系统共振。从文献上看,到目前为止,世界上还没有人实现波能系统共振。主动共振波能技术是一个利用共振实现高效波能转换的技术,通过数值仿真试验证明了主动共振波能装置可以在实际海浪周期范围实现共振。对主动共振波能装置的效率作了研究,发现依据线性化后的波能系统振型对波能装置进行优化设计,可大幅提高波能装置的效率。同时也证明了主动共振波能装置的效率高。主动共振波能技术有望开启利用共振实现高效波能转换之门,实现高效波能利用技术。 

【文章来源】：振动工程学报. 2018,31(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

图１主动共振波能装置－水系统力学模型Ｆｉｇ．１ＴｈｅＷＥＣＳｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆＴＷＥＣＲＴ

图２试验样机装配图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｄｒａｗｉｎｇｓｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅ造波区为造／消波混合区，可消除装置对波浪的反射影响。消波区长度为３０ｍ，位于模型的右端，右端边界为静水压力边界。水槽上部为空气流体，其高度为１０ｍ，顶部边界条件为压力出口边界条件。水槽底部为固壁边界条件。由于计算中的水波为单向波，波速基本与侧壁平行，因此将侧壁设为固壁边界条件。波能装置安置在水槽中部，如图３所示。图３波能装置－水波耦合系统的仿真模型Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＷＥＣＳ计算表明：在水的黏性及数值计算误差作用下，波沿着传播方向有衰减，在波能装置工作区域波高为０．８３８８９ｍ。在４．５ｓ周期时，模型选用的船体水动力学参数为：ｍｗｘ＝１１１９９．１２ｋｇ，ｍｗｙ＝７７０７．１４３ｋｇ，Ｊｗ＝１０７５４．９４ｋｇ·ｍ２，ｃｗｘ＝５１２４．８８６Ｎ·ｓ／ｍ，ｃｗｙ＝４９９７．０９２Ｎ·ｓ／ｍ，ｃｗｒ＝４９５６．２６４Ｎ·ｓ·ｍ。样机的总长度不及波长的１５％，因此样机接近点浮子吸收波能装置的特性。４波能系统仿真分析建模给出的船体外形不是最优的，主要是便于制作。在外形及船体吃水深度不变的情况下，讨论几个影响波能装置输出功率的设计参数。计算的方案如下：Ｃａｓｅ１：主要研究配重高度对波能装置效率的影响，配重重心在随动坐标系中Ｙ＝０．６～－１．６ｍ范围内调整，间隔０．２ｍ计算一个方案。其支铰距漂心水平距离为０．３

图２试验样机装配图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｄｒａｗｉｎｇｓｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅ造波区为造／消波混合区，可消除装置对波浪的反射影响。消波区长度为３０ｍ，位于模型的右端，右端边界为静水压力边界。水槽上部为空气流体，其高度为１０ｍ，顶部边界条件为压力出口边界条件。水槽底部为固壁边界条件。由于计算中的水波为单向波，波速基本与侧壁平行，因此将侧壁设为固壁边界条件。波能装置安置在水槽中部，如图３所示。图３波能装置－水波耦合系统的仿真模型Ｆｉｇ．３ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＷＥＣＳ计算表明：在水的黏性及数值计算误差作用下，波沿着传播方向有衰减，在波能装置工作区域波高为０．８３８８９ｍ。在４．５ｓ周期时，模型选用的船体水动力学参数为：ｍｗｘ＝１１１９９．１２ｋｇ，ｍｗｙ＝７７０７．１４３ｋｇ，Ｊｗ＝１０７５４．９４ｋｇ·ｍ２，ｃｗｘ＝５１２４．８８６Ｎ·ｓ／ｍ，ｃｗｙ＝４９９７．０９２Ｎ·ｓ／ｍ，ｃｗｒ＝４９５６．２６４Ｎ·ｓ·ｍ。样机的总长度不及波长的１５％，因此样机接近点浮子吸收波能装置的特性。４波能系统仿真分析建模给出的船体外形不是最优的，主要是便于制作。在外形及船体吃水深度不变的情况下，讨论几个影响波能装置输出功率的设计参数。计算的方案如下：Ｃａｓｅ１：主要研究配重高度对波能装置效率的影响，配重重心在随动坐标系中Ｙ＝０．６～－１．６ｍ范围内调整，间隔０．２ｍ计算一个方案。其支铰距漂心水平距离为０．３

【参考文献】：
期刊论文
[1]实现波能装置共振的方法研究[J]. 蔡元奇,沈理姣,李明方.  振动工程学报. 2017(03)
[2]基于液压转换的共振波力发电装置提能系统[J]. 陈启卷,尚欣欣,黄向勇,谈泰权,陈晓伟,许志翔.  电力系统自动化. 2016(05)



本文编号：3355587