1kW级小型波浪能供电装置关键技术研究

【摘要】：海洋可再生能源的开发与利用正从探索阶段逐步走向产业化阶段,但其中许多关键技术仍不成熟,其中波浪能装换装置的技术仍处在全面深入研究阶段,开发设计可产品化利用的波浪能供电装置对解决能源问题具有重要意义。本文以振荡浮子式波能发电装置的产品化开发思路为主线,采用理论分析与数值模拟相结合的方法对1kW级小型波浪能供电装置进行了分析和研究,进而提出适合该小型波浪能供电装置实海况海试的标准化投放工艺流程,最后通过工程样机海试进行验证。本文基于产品化的设计思路并结合我国波浪能资源特点以及各类波浪能供电装置的能量转换及传递机理设计了1kW级小型振荡浮子式波浪能供电装置,提出了基于产品化设计思路的两大关键技术—振荡浮子式双行程扭矩输出系统以及阻尼板式潜浮体结构配合锚固泊稳系统,并详细阐述了装置整体以及各结构的设计特点。本文通过对能量摄取系统,即振荡浮子进行水动力性能分析,通过ANSYS APDL以及AQWA软件对其进行水动力数值模拟,计算振荡浮子所受一阶波浪力以验证所设计的振荡浮子能否达到1kW装机容量的工作要求；进而对阻尼板式潜浮体结构进行水动力数值模拟,同样以ANSYS以及AQWA软件为平台进行装置整体的运动响应及钢丝绳受力分析,优化确定了锚固方案。本文提出了适合小型浮体式振荡浮子式波浪能供电装置的标准化海试工艺投放流程,针对所设计的特定形式的结构提出了陆上联调方案以及整体投放方案,并实现了理论分析、数值模拟结果在工程样机上的完美结合。文章详细介绍了工程样机的加工、制造、装配以及投放过程,通过样机的顺利海试及正常运行验证了水动力学关键技术的可行性,为该类装置的产品化设计提供了思路。 【关键词】：波能转换 振荡浮子 阻尼板 产品化设计思路 标准化投放工艺流程
【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】：P743.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 前言10-27
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 波浪能利用现状13-21
• 1.2.1 波浪能供电装置工作原理13-14
• 1.2.2 国际波浪能技术进展14-17
• 1.2.3 中国波浪能技术进展17-21
• 1.3 振荡浮子波能供电装置研究现状21-25
• 1.3.1 振荡浮子波能供电装置理论计算21-22
• 1.3.2 振荡浮子波能供电装置试验研究22
• 1.3.3 振荡浮子波能供电装置数值模拟研究22-25
• 1.4 本文的主要研究内容和目标25-27
• 1.4.1 本文的主要研究内容25-26
• 1.4.2 本文的研究意义26-27
• 2 装置整体初步设计27-38
• 2.1 整体方案设计30-31
• 2.2 能量摄取系统设计31-34
• 2.3 能量输出系统设计34-36
• 2.4 锚固系统设计36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 数值模拟方法38-56
• 3.1 AQWA软件介绍38-40
• 3.2 AQWA理论基础40-51
• 3.2.1 AQWA坐标系分析40-41
• 3.2.2 速度势分析41-43
• 3.2.3 浮体运动的频域算法43-49
• 3.2.4 浮体运动的时域算法49-51
• 3.3 AQWA数值模拟验证51-55
• 3.3.1 组合型振荡浮子波能发电装置物模试验51-52
• 3.3.2 组合型振荡浮子波能发电装置数值模拟验证52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 数值模拟结果分析56-73
• 4.1 浮子运动特性数值模拟56-62
• 4.2 装置整体运动响应数值模拟62-72
• 4.3 本章小结72-73
• 5 工程样机海上试验73-91
• 5.1 海试施工方案设计73-78
• 5.2 工程样机的加工制作组装及陆上联调78-85
• 5.2.1 供电装置主体部分的加工制作78-80
• 5.2.2 供电装置的岸上组装80-83
• 5.2.3 工程样机的陆上联调83-85
• 5.3 供电装置的海上投放及运行85-90
• 5.4 本章小结90-91
• 6 结论与展望91-93
• 6.1 本文结论91-92
• 6.2 不足与展望92-93
• 参考文献93-96
• 致谢96-97
• 个人简历97
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文97
• 攻读硕士学位期间获得专利97-98
• 攻读硕士学位期间参加项目98

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