【摘要】：以石油、煤炭、天然氣為代表的傳統(tǒng)能源的過(guò)度利用,使得人口、環(huán)境、能源之間的矛盾日益突出。如何協(xié)調(diào)好三者之間的關(guān)系是各個(gè)國(guó)家發(fā)展所必須面臨和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在此種形勢(shì)下,波浪能以其分布廣泛、能流密度大、無(wú)污染、可再生等諸多優(yōu)勢(shì)在綠色能源中脫穎而出,受到各個(gè)海洋大國(guó)的追捧。在諸多波浪能發(fā)電裝置中,振蕩浮子式波能轉(zhuǎn)化裝置被公認(rèn)為最具開(kāi)發(fā)潛力的波浪能轉(zhuǎn)化方式�；谡袷幐∽邮讲苻D(zhuǎn)換裝置的實(shí)際工程應(yīng)用,本文選取圓臺(tái)形式的振蕩浮子作為拾能機(jī)構(gòu),分別對(duì)影響該波能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)俘獲效率的主要因素進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)及數(shù)值仿真研究。針對(duì)影響振蕩浮子式波能發(fā)電裝置工作性能的關(guān)鍵因素,主要進(jìn)行了以下工作:首先,采用倒圓臺(tái)形狀浮子和固定圓柱的組合體作為波能俘獲系統(tǒng)進(jìn)行物理模型試驗(yàn),在規(guī)則波環(huán)境下,著重考察入射波波高、周期及浮子初始吃水深度對(duì)俘能系統(tǒng)水平波浪力、浮子垂向加速度及能量吸收效率的影響,得出該波能俘獲裝置所受水平波浪正向力、垂向加速度及初級(jí)能量俘獲效率與波浪要素及浮子初始吃水之間的作用關(guān)系,并給出了試驗(yàn)工況下的最佳俘能周期,并為后續(xù)數(shù)值模擬算例的設(shè)置提供一定參考。其次,為了平衡數(shù)值計(jì)算耗時(shí)和計(jì)算精度,本文采用Gambit前處理軟件建立了二維數(shù)值水槽,基于OpenFOAM的造波工具包waves2Foam進(jìn)行了數(shù)值收斂性測(cè)試,初步確定水槽長(zhǎng)度和波高范圍內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)量,為三維數(shù)值水槽的建立提供網(wǎng)格方案參考。再次,在完成上述工作基礎(chǔ)上,采取數(shù)值模擬進(jìn)一步分析了浮子的垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。首先建立了三維粘性數(shù)值水池,對(duì)其造波效果進(jìn)行驗(yàn)證;將圓柱形浮子和圓臺(tái)形浮子在同種入射波環(huán)境下的垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)情況進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了浮子選型的正確性;進(jìn)而在水槽中加入圓臺(tái)形浮子與固定圓柱的組合體模型,導(dǎo)入OpenFOAM中進(jìn)行數(shù)值計(jì)算;將同種波浪環(huán)境下數(shù)值計(jì)算得到的系統(tǒng)波浪力與物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,證明數(shù)值計(jì)算的可靠性;然后分別分析了入射波波高、周期及浮子初始吃水深度對(duì)浮子垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響,尋找浮子垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較好的波浪環(huán)境和浮子初始浸沒(méi)深度。最后,為了研究陣列式振蕩浮子發(fā)電裝置的工作性能及各浮子之間運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響,本文選取三個(gè)同等尺度圓臺(tái)形浮子呈圓周式排列,在三維數(shù)值水槽中進(jìn)行了數(shù)值模擬,初步分析了陣列式浮子發(fā)電裝置中各浮子之間動(dòng)力響應(yīng)和垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的相互影響情況、陣列式浮子系統(tǒng)的整體波能轉(zhuǎn)化效率。結(jié)果表明:本文陣列式浮子系統(tǒng)中各浮子之間的垂向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響不大,浮子系統(tǒng)具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。綜上所述,本文主要采取物理模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬相結(jié)合的思路,對(duì)影響振蕩浮子俘獲裝置力學(xué)性能及俘能效率的主要因素進(jìn)行了相關(guān)研究,為實(shí)際工程中特定海域波能轉(zhuǎn)化裝置的研發(fā)提供一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P743.2;TM612

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬冬娜;;海洋能發(fā)電現(xiàn)狀分析[J];科技資訊;2015年20期

2 謝嘉;王世明;高中勇;高艾琳;吳燕翔;;緊湊高效機(jī)電一體化海洋能發(fā)電系統(tǒng)的探究[J];電子設(shè)計(jì)工程;2015年13期

3 張廣富;鄧召義;;基于FLUENT振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置浮子的數(shù)值仿真[J];工業(yè)控制計(jì)算機(jī);2014年12期

4 史宏達(dá);曹飛飛;馬哲;劉臻;;振蕩浮子式波浪發(fā)電裝置物理模型試驗(yàn)研究[J];海洋技術(shù)學(xué)報(bào);2014年04期

5 王立國(guó);游亞戈;張亞群;葉寅;;波浪能發(fā)電裝置動(dòng)力攝取系統(tǒng)研究進(jìn)展[J];機(jī)床與液壓;2013年01期

6 鄧愛(ài)華;;潮起潮落波浪能[J];科技潮;2009年06期

7 陳樹(shù)永;林憲生;李新妮;;歐洲海洋開(kāi)發(fā)與利用現(xiàn)狀研究及對(duì)我國(guó)的啟示[J];海洋開(kāi)發(fā)與管理;2009年03期

8 寧德志;滕斌;周斌珍;劉珍;;源造波法在三維完全非線性數(shù)值波浪水槽中的應(yīng)用[J];大連海事大學(xué)學(xué)報(bào);2008年02期

9 勾艷芬;葉家瑋;李峰;王冬姣;;振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置模型試驗(yàn)[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2008年04期

10 吳必軍,鄭永紅,游亞戈,孫曉燕,陳勇;柱對(duì)稱雙浮子波能裝置散射問(wèn)題的解析方法[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);2004年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 彭建軍;振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置水動(dòng)力性能研究[D];山東大學(xué);2014年

2 黃燕;碟形越浪式波能發(fā)電裝置的水動(dòng)力性能研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王旭;浮子對(duì)立柱渦流運(yùn)動(dòng)影響研究[D];江蘇科技大學(xué);2017年

2 王凌楓;垂蕩浮子式波能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力性能研究[D];大連理工大學(xué);2016年

3 李海龍;彈性儲(chǔ)能鴨式波浪能采集轉(zhuǎn)換器的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 何光宇;多點(diǎn)陣列式波浪能發(fā)電裝置的水動(dòng)力分析與優(yōu)化[D];集美大學(xué);2015年

5 張顯濤;振蕩浮體式波能發(fā)電裝置的水動(dòng)力研究[D];上海交通大學(xué);2015年

6 吳迪;論德國(guó)可再生能源立法及對(duì)我國(guó)的啟示[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2014年

7 張雷;單體漂浮式波浪發(fā)電裝置浮筒水動(dòng)力學(xué)研究[D];大連海事大學(xué);2014年

8 孫玉健;振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置浮子的水動(dòng)力學(xué)仿真[D];中國(guó)海洋大學(xué);2013年

9 毛來(lái)鋒;波浪能發(fā)電系統(tǒng)的振蕩浮子結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];集美大學(xué);2013年

10 劉莎莎;振蕩浮子式波浪能采集系統(tǒng)的仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D];華北電力大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2733324