振荡浮子式波浪能发电装置研究

【摘要】：在当前能源危机、经济发展和环境污染等多方面的压力和影响之下,寻求新的绿色可再生能源的任务已经越来越紧迫。这也推动了波浪能发电技术的快速的发展。而振荡浮子式技术,以其结构简单、能量转换效率相对较高及频率响应范围较宽等特点,成为波浪能开发的热点。本文首先介绍了典型波能利用装置的工作原理,分析了国内外波浪能转换技术的研究现状。在此基础上,分析和研究了比较符合我国海况的振荡浮子式波能装换装置。本文所作的主要工作有：(1)通过波浪力学理论,建立了振荡浮子式波能发电装置系统的数学模型,并列出了其动力学方程。用有限元分析软件AQWA,对常见的三种浮体形状进行分析,得到其水动力参数；将得到的水动力参数分别带入到三种浮体的动力学方程中,计算浮体运动情况,通过分析计算,得到结论：在体积和质量相同的情况下圆锥形浮体的波浪能吸收效率更高。(2)设计一种多动子的直线发电机,并且通过电磁场有限元分析软件Maxwell仿真计算和实验模型的实验,得到理论分析数据与实验得到的数据基本相同,验证了电磁场分析软件Maxwell仿真是准确的。最后改进设计模型进行,通过仿真得到改进后的模型发电的效率更高。(3)根据电磁场理论,推导永磁直线发电机的电磁力计算公式,用有限元软件对两种不同的情况进行分析,电磁力计算公式结果与有限元分析结果基本吻合。(4)将电磁力计算公式带入了系统的动力学方程中得到系统的机电耦合方程,通过计算耦合方程得到更加准确的浮体运动情况,同时得到发电机的电磁力,进而估算出系统的输出功率。从而为这类系统的设计提供依据。 【关键词】：波浪能转换装置 形状选择 直线电机 电磁力计算 机电耦合
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 课题背景及研究的意义10-11
• 1.2 波浪能利用现状11-23
• 1.2.1 波能发电装置的工作原理11-14
• 1.2.2 国外振荡浮子式技术的研究现状14-22
• 1.2.3 国内振荡浮子式波能发电的研究现状22-23
• 1.3 论文的主要研究内容23-25
• 2 振荡浮子式波浪能发电装置系统的动力学分析25-40
• 2.1 浮体运动方程25-27
• 2.2 浮体的波浪激励力的计算原理27-30
• 2.2.1 绕射理论27-29
• 2.2.2 Froude-Krylov(简称F-K)假定法29-30
• 2.3 不同形状浮体在波浪中的运动响应30-38
• 2.3.1 不同浮体参数的确定30-32
• 2.3.2 圆柱形浮体32-34
• 2.3.3 锥形浮体34-36
• 2.3.4 球形浮体36-38
• 2.4 三种不同形状浮体吸收波浪能性能的对比38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 3 多动子永磁直线发电机的设计、仿真和实验40-54
• 3.1 永磁直线发电机40-42
• 3.1.1 永磁直线发电机原理40
• 3.1.2 电磁场理论40-42
• 3.2 多动子永磁直线发电机设计42-44
• 3.3 Maxwell电磁仿真分析44-50
• 3.3.0 Maxwell三维电磁场计算原理44-47
• 3.3.1 软件设置47-48
• 3.3.2 仿真结果48-50
• 3.4 永磁直线发电机实验50-52
• 3.5 永磁直线发电机的改进52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 4 永磁直线发电机的电磁力54-64
• 4.1 永磁直线发电机电磁力推导54-58
• 4.1.1 直线发电机感应电动势的计算54-56
• 4.1.2 直线发电机电磁力计算56-58
• 4.2 直线发电机电磁力公式的验证58-63
• 4.2.1 单动子匀速运动情况下公式的验证58-61
• 4.2.2 多动子正弦运动下电磁力计算公式的验证61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 5 振荡浮子式波浪能发电装置系统的机电耦合分析64-69
• 5.1 振荡浮子式波浪能发电装置系统机电耦合方程的建立64
• 5.2 系统机电耦合方程的求解64-67
• 5.3 机电耦合方程与动力学方程结果比较67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 个人简历76
• 攻读学位期间发表的学术论文76

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