波浪能发电系统的振荡浮子结构优化

【摘要】：当今社会最热门的两大问题是能源紧缺与环境污染，波浪能以环保、可循环利用和储存量大等优点成为世界上可再生能源领域的研究热点之一。长期以来，世界上各个国家投入了大量的精力及财力来研究波浪能，并研制出了多种波浪能发电装置。本文简单介绍了波浪能发电装置的研究背景及现阶段国内外研究状况，分析了波浪能发电装置的发电原理，并对波能发电装置所涉及的波浪理论进行了简单的介绍。在此基础上，主要针对振荡浮子式波能发电装置的振荡浮子进行研究，做了以下工作： 1.运用波浪理论对振荡浮子式波能发电装置的振荡浮子动力学特性进行了分析，其动力学特性的分析结果表明影响浮子捕捉波浪能效率的主要因素为浮子的振幅、垂直速度、垂直加速度以及其波浪力的大小。 2.运用AQWA软件对八种常见振荡浮子结构的水动力学特性进行了模拟计算，获得了振荡浮子垂直方向的波浪力、加速度、速度及位置等动力学参数。通过对八种振荡浮子动力学参数的分析，获得了适合厦门海况的最佳振荡浮子结构形式。 3.在上述所确定的最佳振荡浮子结构形式基础上，采用序列二次规划方法，对振荡浮子主要结构参数进行了优化，获得了一组最佳的浮子结构参数。在该组结构参数下，振荡浮子振动与波浪振动最易发生共振，此时振荡浮子振幅最大，捕获波浪能最多。 【关键词】：振荡浮子式波能发电装置 波浪理论 浮子结构形式 水动力学 结构优化
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM612;P743.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-11
• 1.1.1 能源发展趋势8
• 1.1.2 波浪能开发的意义8-11
• 1.2 国内外波能发电装置研究状况11-16
• 1.2.1 波浪能发电装置发展历程11
• 1.2.2 波浪能发电装置分类11-12
• 1.2.3 波浪能发电装置发电原理12-13
• 1.2.4 振荡浮子式波浪能发电装置13-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 波浪理论和振荡浮子的动力学分析18-30
• 2.1 波浪理论18-19
• 2.2 微幅波浪理论19-25
• 2.2.1 微幅波浪理的基本方程19-20
• 2.2.2 波浪势函数20-22
• 2.2.3 压强和能量22-23
• 2.2.4 振荡浮子所受波浪力23-25
• 2.3 随机海浪理论25-29
• 2.3.1 海浪与谱25-26
• 2.3.2 海浪的线性模型26-28
• 2.3.3 JonSWAP 海浪谱28-29
• 2.4 影响振荡浮子式波能发电装置捕获波浪能的主要因素29-30
• 第3章 不同结构形式浮子的水动力学分析30-53
• 3.1 波浪数据的参考依据30-31
• 3.2 不同结构形式的浮子动力学分析31-39
• 3.2.1 浮子受到的波浪力31-38
• 3.2.2 浮子结构形式动力学分析38-39
• 3.3 浮子的水动力学模拟39-52
• 3.3.0 AQWA 软件39-40
• 3.3.1 基于规则波下八种浮子结构形式水动力学的模拟40-46
• 3.3.2 基于随机波下八种浮子结构形式水动力学的模拟46-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 所选定浮子结构形式主要参数优化53-60
• 4.1 浮子自振周期与结构参数分析53-55
• 4.1.1 浮子的自振周期53-54
• 4.1.2 浮子的主要结构参数54-55
• 4.2 波面方程55-56
• 4.2.1 规则波波面方程55
• 4.2.2 随机波波面方程55-56
• 4.3 浮子主要结构参数的优化56-59
• 4.3.1 规则波下浮子结构参数的优化57-58
• 4.3.2 随机波下浮子结构参数的优化58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-61
• 5.1 结论60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-64
• 在学期间发表的学术论文64

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