“点头鸭”波浪能装置的水动力学特性及效率研究

【摘要】：随着社会经济的发展,化石燃料的大规模利用与消耗引发的能源问题与环境问题日趋严峻,世界各国都在积极进行着洁净可再生能源的开发与利用工作。海洋能作为清洁可再生能源的一种,越来越成为社会关注的焦点。“点头鸭”波浪能装置是一种高效的波能转换装置,对其进行的研究进而对开发海洋能、发展清洁可再生能源具有重要的意义。本文对鸭式波浪俘能装置的水动力特性和效率问题进行了研究。针对上述问题,首先给出了一阶线性波浪的控制方程和边界条件并对其进行推导求解,在此求解的基础上在FLUENT软件中使用动边界造波法和源项消波法建立了二维数值波浪水池,并对其造波效果和消波效果进行了验证;其次,根据鸭式波浪俘能装置在自由水面处运动的流场控制方程和边界条件对鸭式装置的附加质量和附加阻尼进行了理论分析,并基于附加质量和附加阻尼的数值求解方法,通过数值模拟求解了俘能装置的附加质量和附加阻尼;最后,在上述工作的基础上,通过对俘能装置的受力分析和运动分析,建立了俘能装置与波浪相互作用的流固耦合模型并进行了数值模拟。根据数值模拟结果对俘能装置在波浪作用下的受力与运动情况进行了分析,并从波浪的角度对俘能装置的波能转换效率进行了分析,从而为鸭式波浪俘能装置的实际推广运用和进一步研究提供了参考。 【关键词】：鸭式波浪俘能装置 二维数值水池 附加质量 附加阻尼 流固耦合 数值模拟
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P743.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 选题背景及意义9-15
• 1.2 国内外研究动态15-17
• 1.3 课题研究内容17-18
• 第2章 波浪的基本理论及数值水池的建立18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 波浪的基本理论18-23
• 2.2.1 波浪运动的控制方程18-19
• 2.2.2 波浪运动的边界条件19-21
• 2.2.3 一阶线性波浪的求解21-23
• 2.3 数值造波与消波23-25
• 2.3.1 数值造波方法23-24
• 2.3.2 数值消波方法24-25
• 2.4 二维数值波浪水池的构建25-31
• 2.4.1 计算模型与网格的划分25-26
• 2.4.2 计算参数与边界条件的设置26-27
• 2.4.3 数值计算结果验证27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 附加质量与附加阻尼的求解32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 附加质量与附加阻尼的理论分析32-37
• 3.2.1 附加质量和附加阻尼的求解方法32-33
• 3.2.2 附加质量和附加阻尼的理论推导33-35
• 3.2.3 附加质量和附加阻尼数值计算原理35-37
• 3.3 附加质量和附加阻尼的数值计算37-44
• 3.3.1 计算模型的建立与网格划分37-38
• 3.3.2 纵荡数值模拟结果38-40
• 3.3.3 垂荡数值模拟结果40-42
• 3.3.4 纵摇数值模拟结果42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 “点头鸭”波能装置的水动力学特性与效率研究45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 鸭式俘能装置模型建立45-47
• 4.2.1 鸭式俘能装置的模型参数45-46
• 4.2.2 计算模型与网格划分46-47
• 4.2.3 计算参数与边界条件设置47
• 4.3 鸭式俘能装置的水动力学特性分析47-56
• 4.3.1 俘能装置运动的理论基础47-48
• 4.3.2 俘能装置运动的空间受力分析48-49
• 4.3.3 俘能装置的流固耦合模型49-50
• 4.3.4 俘能装置水动力学特性的数值模拟50-56
• 4.4 鸭式俘能装置的效率分析56-61
• 4.4.1 效率分析方法56-57
• 4.4.2 入、反射波分离57
• 4.4.3 效率计算结果57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 附录68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-72
• 致谢72

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