浮子式波浪能转换装置功率匹配试验研究
发布时间：2021-11-17 02:28
为了实现浮子式波浪能转换装置与发电机功率的最佳匹配,基于振动理论和线性波理论,通过建立浮子在规律波条件下的受力运动数学模型,从能量角度推导得到浮子式波浪能转换装置的匹配功率与波浪参数、机械效率的关系方程。基于该方程,分析了在渤海海域波浪条件下波浪参数对匹配功率的影响规律,并进行了基于小型浮子式波浪能转换装置样机试验。研究结果表明:试验数据验证了匹配功率关系式的合理性,在每一种波浪条件下都对应着一个能量利用率最高的匹配功率;在工作环境确定的前提下,提高装置的机械效率,可实现在不改变浮子质量情况下提高匹配功率;小功率转换装置需要选择周期较短和波高较小的波浪环境,大功率转换装置需要匹配周期较长和波高较大的波浪环境。所得结论可为浮子式波浪能转换装置的设计提供帮助。
【文章来源】：石油机械. 2019,47(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
浮子受力振动的阻尼模型Fig.1Mechanicalvibrationdampingmodelofthebuoy
3主要参数对装置匹配功率的影响根据式(18)得到在浮子与波浪形成共振的条件下，装置匹配功率与主要参数的关系式，即可得到装置匹配功率特性曲线，一般描述为匹配功率与浮子质量的关系。表1列出了渤海区域的波浪平均参数以及本文所选取的参数值［17］。假设转换装置的总效率η1=20%，机械效率η2=60%，利用MATLAB软件绘制出符合渤海波浪条件的匹配功率特性曲线，如图2所示。由图2可以看出，在其他参数不变的情况下，随着浮子质量的增加，装置的匹配功率呈现减小的趋势，并且趋向于恒定值。表1渤海海浪参数和选取值Table1SeawaveparametersoftheBohaiSeaandselectedvalues参数周期/s波高/m波速/(m·s－1)波长/m范围2～31.0～1.54.0～6.012～16选取值31.04.714图2匹配功率特性曲线Fig.2Powermatchingcharacteristiccurve为研究波浪的波高、周期以及机械效率对匹配功率的影响，在保持其他参数不变的前提下，通过改变这3个参数的值来研究其对特性曲线的影响。图3～图5分别绘制出不同参数组合下的匹配功率特性曲线。笔者选取0.9、1.0、1.1和1.2m波高，研究匹配功率与浮子质量的关系，结果如图3所示。由图3可知:随着波高的增大曲线上移，浮子质量的取值范围稍有减小，匹配功率取值范围增大，波高0.9m时匹配功率取值范围为941.1～2043.2W，而波高1.2m时匹配功率取值范围为1673.2～2838.1W;匹配功率的最优取值增加，波高0.9m时匹配功率的最优取值为2043.2W，而波高1.2m时匹配功率的最优取值为2838.1W。造成这种变化趋势的原因是:波高的增大会导致波浪能图3不
ersoftheBohaiSeaandselectedvalues参数周期/s波高/m波速/(m·s－1)波长/m范围2～31.0～1.54.0～6.012～16选取值31.04.714图2匹配功率特性曲线Fig.2Powermatchingcharacteristiccurve为研究波浪的波高、周期以及机械效率对匹配功率的影响，在保持其他参数不变的前提下，通过改变这3个参数的值来研究其对特性曲线的影响。图3～图5分别绘制出不同参数组合下的匹配功率特性曲线。笔者选取0.9、1.0、1.1和1.2m波高，研究匹配功率与浮子质量的关系，结果如图3所示。由图3可知:随着波高的增大曲线上移，浮子质量的取值范围稍有减小，匹配功率取值范围增大，波高0.9m时匹配功率取值范围为941.1～2043.2W，而波高1.2m时匹配功率取值范围为1673.2～2838.1W;匹配功率的最优取值增加，波高0.9m时匹配功率的最优取值为2043.2W，而波高1.2m时匹配功率的最优取值为2838.1W。造成这种变化趋势的原因是:波高的增大会导致波浪能图3不同波高的匹配功率特性曲线Fig.3Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentwaveheights图4不同波浪周期的匹配功率特性曲线Fig.4Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentwaveperiods图5不同机械效率的匹配功率特性曲线Fig.5Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentmechanicalefficiencies量密度的增加，从而使匹配功率增加。不同波浪周期的匹配功率特性曲线如图4所示。由图4可看出:随着周期的增大，浮子质量的取值范围变大，匹配功率的变化范围增大，T=2.4s时，匹配功率取值范围为594.9～824.3W，而T=3.0s时，匹配功率取值范围为1161
【参考文献】：
期刊论文
[1]振荡型波浪能转换装置中两种优化方法研究[J]. 吴必军,吝红军,游亚戈,冯波,盛松伟. 太阳能学报. 2010(06)
[2]振荡浮子式波浪能转换装置模型试验[J]. 勾艳芬,叶家玮,李峰,王冬姣. 太阳能学报. 2008(04)
[3]浮筒式海浪发电机理研究[J]. 王树春,车仁炜,胡长胜,张月红,游玮. 太阳能学报. 2007(11)
[4]天津沿岸海浪特征及分析[J]. 邹涛,刘秀梅,叶风娟. 海洋预报. 2002(04)
[5]Investigation on the Oscillating Buoy Wave Power Device[J]. 苏永玲,游亚戈,郑永红. China Ocean Engineering. 2002(01)
硕士论文
[1]浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D]. 孟扬.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3500040
【文章来源】：石油机械. 2019,47(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
浮子受力振动的阻尼模型Fig.1Mechanicalvibrationdampingmodelofthebuoy
3主要参数对装置匹配功率的影响根据式(18)得到在浮子与波浪形成共振的条件下，装置匹配功率与主要参数的关系式，即可得到装置匹配功率特性曲线，一般描述为匹配功率与浮子质量的关系。表1列出了渤海区域的波浪平均参数以及本文所选取的参数值［17］。假设转换装置的总效率η1=20%，机械效率η2=60%，利用MATLAB软件绘制出符合渤海波浪条件的匹配功率特性曲线，如图2所示。由图2可以看出，在其他参数不变的情况下，随着浮子质量的增加，装置的匹配功率呈现减小的趋势，并且趋向于恒定值。表1渤海海浪参数和选取值Table1SeawaveparametersoftheBohaiSeaandselectedvalues参数周期/s波高/m波速/(m·s－1)波长/m范围2～31.0～1.54.0～6.012～16选取值31.04.714图2匹配功率特性曲线Fig.2Powermatchingcharacteristiccurve为研究波浪的波高、周期以及机械效率对匹配功率的影响，在保持其他参数不变的前提下，通过改变这3个参数的值来研究其对特性曲线的影响。图3～图5分别绘制出不同参数组合下的匹配功率特性曲线。笔者选取0.9、1.0、1.1和1.2m波高，研究匹配功率与浮子质量的关系，结果如图3所示。由图3可知:随着波高的增大曲线上移，浮子质量的取值范围稍有减小，匹配功率取值范围增大，波高0.9m时匹配功率取值范围为941.1～2043.2W，而波高1.2m时匹配功率取值范围为1673.2～2838.1W;匹配功率的最优取值增加，波高0.9m时匹配功率的最优取值为2043.2W，而波高1.2m时匹配功率的最优取值为2838.1W。造成这种变化趋势的原因是:波高的增大会导致波浪能图3不
ersoftheBohaiSeaandselectedvalues参数周期/s波高/m波速/(m·s－1)波长/m范围2～31.0～1.54.0～6.012～16选取值31.04.714图2匹配功率特性曲线Fig.2Powermatchingcharacteristiccurve为研究波浪的波高、周期以及机械效率对匹配功率的影响，在保持其他参数不变的前提下，通过改变这3个参数的值来研究其对特性曲线的影响。图3～图5分别绘制出不同参数组合下的匹配功率特性曲线。笔者选取0.9、1.0、1.1和1.2m波高，研究匹配功率与浮子质量的关系，结果如图3所示。由图3可知:随着波高的增大曲线上移，浮子质量的取值范围稍有减小，匹配功率取值范围增大，波高0.9m时匹配功率取值范围为941.1～2043.2W，而波高1.2m时匹配功率取值范围为1673.2～2838.1W;匹配功率的最优取值增加，波高0.9m时匹配功率的最优取值为2043.2W，而波高1.2m时匹配功率的最优取值为2838.1W。造成这种变化趋势的原因是:波高的增大会导致波浪能图3不同波高的匹配功率特性曲线Fig.3Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentwaveheights图4不同波浪周期的匹配功率特性曲线Fig.4Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentwaveperiods图5不同机械效率的匹配功率特性曲线Fig.5Powermatchingcharacteristiccurveunderdifferentmechanicalefficiencies量密度的增加，从而使匹配功率增加。不同波浪周期的匹配功率特性曲线如图4所示。由图4可看出:随着周期的增大，浮子质量的取值范围变大，匹配功率的变化范围增大，T=2.4s时，匹配功率取值范围为594.9～824.3W，而T=3.0s时，匹配功率取值范围为1161
【参考文献】：
期刊论文
[1]振荡型波浪能转换装置中两种优化方法研究[J]. 吴必军,吝红军,游亚戈,冯波,盛松伟. 太阳能学报. 2010(06)
[2]振荡浮子式波浪能转换装置模型试验[J]. 勾艳芬,叶家玮,李峰,王冬姣. 太阳能学报. 2008(04)
[3]浮筒式海浪发电机理研究[J]. 王树春,车仁炜,胡长胜,张月红,游玮. 太阳能学报. 2007(11)
[4]天津沿岸海浪特征及分析[J]. 邹涛,刘秀梅,叶风娟. 海洋预报. 2002(04)
[5]Investigation on the Oscillating Buoy Wave Power Device[J]. 苏永玲,游亚戈,郑永红. China Ocean Engineering. 2002(01)
硕士论文
[1]浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D]. 孟扬.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3500040
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