多点阵列式波浪能发电装置的水动力分析与优化

【摘要】：我国海域面积广阔,相关海洋能资源领域研究处于起步阶段,进一步开发利用海洋能资源对目前提倡的节能环保可持续发展型社会具有重要意义。海洋波浪能属于海洋能的一种,它分布广泛、能流密度大,具有很大的发展空间。本文介绍了一些国内外现有的海洋波浪能利用技术和装置,结合具体的海洋环境,提出了一种多点阵列式波浪能发电装置。该装置采用点吸收式波浪能采集方式,装置主体位于海面以上,有较好的抗腐蚀性能和采集效率,在装置设计方案的基础上,结合理论知识,对装置进行数值模拟和仿真分析,比较了不同参数下的数值模拟分析结果,并搭建了模型实验平台,对比了实验结果与仿真数据,对装置进行了优化设计,主要研究内容为:(1)根据设计思路,采用点吸收式波浪能采集方式、通过振荡浮子阵列来提高整个装置的发电效率、通过液压系统转化和传递波浪能量。完成了多点阵列式波浪能发电装置的方案设计,提出装置中一些需要研究的问题。(2)结合装置的设计图纸,建立了装置的数值仿真模型,并根据波浪理论和装置将要安装的海洋区域的海洋环境,在ANSYS AQWA软件中进行了波浪水动力仿真计算的环境参数设置。(3)介绍了单个振荡浮子的运动模型,介绍了振荡浮子受力分析的相关理论。对比了单个振荡浮子模型不同物理几何参数下的仿真计算数据,得出了振荡浮子频域响应运动的特点。(4)介绍了时域分析法的基本原理,对整个振荡浮子阵列在不同排布方式中进行仿真计算,对比了各种排列方式下的各振荡浮子的时域运动响应特性,分析了振荡浮子之间在波浪传递方向上的相互影响。(5)基于相似理论设计了实验模型的基本尺寸,并在造波水槽中搭建了波浪能发电振荡浮子阵列的模型实验平台,通过造波机模拟单向规则波浪,分析了输出转矩和输出轴的转速的数据结果比较了不同振荡浮子形状、不同振荡浮子个数、不同振荡浮子间距下振荡浮子阵列的运动响应特点。 【关键词】：波浪能 多点阵列式 水动力分析 优化设计
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612;P743.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 海洋能的研究背景与意义10-11
• 1.2 海洋波浪能的资源分布11-13
• 1.3 国内外研究现状与分析13-17
• 1.3.1 早期波浪能发电技术的发展13
• 1.3.2 波浪能发电装置的分类方法13-14
• 1.3.3 点吸收式波浪能发电技术的理论研究14-15
• 1.3.4 点吸收式波浪能发电技术的试验研究15-17
• 1.4 点吸收式波浪能发电技术面临的问题与发展趋势17-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-20
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 研究内容的创新点19-20
• 第2章 装置的结构原理和数值建模理论基础20-28
• 2.1 装置结构与海域情况20-23
• 2.1.1 装置的基本介绍20-22
• 2.1.2 装置预建造地点的海域环境22-23
• 2.2 装置仿真分析的相关理论23-27
• 2.2.1 波浪理论及振荡浮子受力分析方法23-25
• 2.2.2 有限单元法25
• 2.2.3 水动力仿真计算软件AQWA简介25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 单个振荡浮子的频域分析28-37
• 3.1 单个振荡浮子波浪中运动的机械原理28-29
• 3.2 频域分析法29
• 3.3 单个振荡浮子的仿真分析29-36
• 3.3.1 模型建立及环境参数设置29-30
• 3.3.2 圆柱形振荡浮子与球形振荡浮子的对比30-31
• 3.3.3 不同物理参数圆柱形振荡浮子的比较31-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 振荡浮子阵列的时域分析37-43
• 4.1 三维时域分析理论37-38
• 4.2 振荡浮子阵列的时域响应分析38-42
• 4.2.1 仿真模型建立39-40
• 4.2.2 振荡浮子排列方式对振荡浮子阵列运动状态的影响40
• 4.2.3 波向对振荡浮子阵列运动状态的影响40-41
• 4.2.4 振荡浮子间距对振荡浮子阵列运动状态的影响41-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第5章 模型实验及结果分析43-54
• 5.1 实验目的43
• 5.2 实验设备43-45
• 5.3 模型实验台搭建45-50
• 5.3.1 模型的基本结构和机械原理45-46
• 5.3.2 相似理论46-47
• 5.3.3 模型参数设置47-49
• 5.3.4 模型实验对比组的设定和造波参数设置49-50
• 5.4 实验结果分析50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第6章 结论与展望54-56
• 6.1 论文总结54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-59
• 在学期间的学术成果59

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