【摘要】：針對漂浮式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的能量轉(zhuǎn)換特性問題,以漂浮雙浮體直線發(fā)電波浪能裝置為研究對象,基于線性波理論和粘性阻尼理論,建立了復(fù)雜形狀波能裝置的雙自由度受迫振動方程,推導(dǎo)了最佳彈簧和最佳阻尼下波能裝置的最佳吸收功率函數(shù)表達(dá)式和相對位移幅值表達(dá)式;基于邊界元方法的Hydro Star軟件計算了復(fù)雜形狀波能裝置水動力學(xué)系數(shù)和波浪激勵力。數(shù)值計算表明:在滿足裝置吸收最大功率的條件下,最佳彈簧系數(shù)在一定波況下出現(xiàn)了負(fù)值;在無彈簧的最佳阻尼條件下,裝置的相對位移幅值小于波幅,波浪能功率和俘獲寬度比在給定入射波周期范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值。
【圖文】：

羆炎枘嵯碌淖畬笪?收功率函數(shù)。本文把彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)分別作為獨(dú)立變量對功率函數(shù)求極值，最后得到優(yōu)化后的波能裝置吸取波浪能的功率表達(dá)式。利用HydroStar軟件和Mathematica軟件對非標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的復(fù)雜波浪能裝置建模、計算水動力學(xué)系數(shù)和波浪激勵力，求解最佳阻尼、最佳彈簧和最佳功率。分析在一定入射波條件下，波能裝置的幅值響應(yīng)特性和能量吸收特性，并結(jié)合實(shí)際波況條件和在直線電機(jī)沖程范圍內(nèi)所能提供的阻尼條件下，給出波能裝置優(yōu)化設(shè)計措施。1波能裝置雙自由度運(yùn)動數(shù)學(xué)模型所研究的漂浮直驅(qū)式波能裝置如圖1所示，水面浮體1為一圓柱錐形臺狀浮子，振蕩浮子通過柔性繩與直線電機(jī)的動子部分連接，水下浮體2由圓柱形阻尼板和裝有直線電機(jī)的中心管構(gòu)成，直線發(fā)電機(jī)的線圈部分固定在中心管內(nèi)，動子通過彈簧與阻尼板連接。在波浪作用下，水面浮體1與水下浮體2做相對運(yùn)動使直線發(fā)電機(jī)的線圈做切割磁感線而發(fā)電。圖1波能裝置幾何特征Fig．1Sketchofthewaveenergydevice設(shè)波能裝置由電磁力提供一個粘性阻尼，阻尼系數(shù)為C，通過該阻尼波能裝置吸收波浪能。裝置的彈簧剛度為K。假設(shè)裝置漂浮在不可壓、流動無旋的波面上，在線性波作用下兩浮體分別做微幅垂蕩運(yùn)動。在以上假設(shè)條件下，波能裝置中的振蕩浮子1在垂直方向上受重力M1g，浮力Ff1，靜水回復(fù)力Fs1，，反電磁力Fgen(阻尼力)，彈性力Fk，振蕩浮子1自身運(yùn)動產(chǎn)生的垂向波浪輻射力Frz11，浮體2運(yùn)動作用在浮體1上的垂向波浪輻射力Frz12，浮體1所受的垂向波浪力為Fez1，波能裝置中的水下浮體2在垂直方向上受重力M2g，浮力Ff2，靜水回復(fù)力Fs2，阻尼力Fgen，彈性力Fk，浮體2自身運(yùn)動產(chǎn)生的垂向波浪輻射力Frz22，浮?

s1，反電磁力Fgen(阻尼力)，彈性力Fk，振蕩浮子1自身運(yùn)動產(chǎn)生的垂向波浪輻射力Frz11，浮體2運(yùn)動作用在浮體1上的垂向波浪輻射力Frz12，浮體1所受的垂向波浪力為Fez1，波能裝置中的水下浮體2在垂直方向上受重力M2g，浮力Ff2，靜水回復(fù)力Fs2，阻尼力Fgen，彈性力Fk，浮體2自身運(yùn)動產(chǎn)生的垂向波浪輻射力Frz22，浮體1運(yùn)動作用在浮體2上的垂向波浪輻射力Frz21，浮體2所受的垂向波浪力為Fez2，則波能裝置可簡化為一個有阻尼的雙自由度受迫振動系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型簡化為圖2。圖2雙自由度振動模型Fig．2Doubledegreefreedomvibrationmodel根據(jù)牛頓第二定律可知:M1d2z1dt2=－M1g+Ff1+Fez1+Frz11+Frz12+Fs1+Fgen+Fk(1)M2d2z2dt2=－M2g+Ff2+Fez2+Frz22+Frz21+Fs2－Fgen－Fk(2)式中:浮體2的靜水回復(fù)力可視為零，F(xiàn)s2=0;浮體n(n=1，2)在靜水平衡條件下分別有M1g=Ff1(3)M2g=Ff2(4)垂蕩運(yùn)動的復(fù)數(shù)運(yùn)動振幅為An，其位移方程表示為zn=Ｒe［Anexp(－iωt)］，(n=1，2)(5)浮體1的靜水回復(fù)力可以表示為Fs1=Ｒe［－ρgπr21A1exp(－iωt)］(6)式中:ρ為海水密度，g為重力加速度，r1為浮體1的半徑。電磁力和彈性力計算式:Fgen=－C

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