發(fā)布時間：2021-12-02 04:11

　　為解決波能轉(zhuǎn)換裝置向深水環(huán)境推進過程中存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率問題,借鑒海洋工程中常用的穩(wěn)性輔助構(gòu)件形式,在現(xiàn)有的點吸式波能裝置基礎(chǔ)上引入阻尼板.基于線性微幅波假設(shè),通過特征函數(shù)展開和邊界匹配的勢流半解析方法,結(jié)合多自由度振動理論,探索阻尼板的存在及其構(gòu)型參數(shù)變化對獲能系統(tǒng)水動力、運動響應(yīng)及能量轉(zhuǎn)換效率的影響.計算結(jié)果表明,阻尼板會降低浮子受到的波浪激勵力,阻尼板與浮子間的相互作用水動力大于浮子自身運動受到的水動力,且主要體現(xiàn)在慣性載荷部分;阻尼板會使系統(tǒng)出現(xiàn)兩個耦合共振頻率,且新出現(xiàn)的共振頻率對阻尼板半徑更加敏感,在較小共振頻率處的最優(yōu)波能轉(zhuǎn)換效率均隨著阻尼板半徑和浸沒深度增加先增大后減小.研究結(jié)果可為深水波浪能利用的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),為后續(xù)振蕩浮子波浪能發(fā)電裝置優(yōu)化提供依據(jù). 

【文章來源】：江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,34(02)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

波能轉(zhuǎn)換振動模型

文中波能裝置工作水域深度為h,獲能結(jié)構(gòu)為半徑為R1,吃水為d1 的漂浮圓柱形浮子,載體為與浮子共軸的浸沒于浮子下方的阻尼圓盤,定義其半徑為R2,浸水深度為d2,厚度為t.裝置中PTO系統(tǒng)安裝在立柱內(nèi)部,連接浮子于阻尼板,不會對系統(tǒng)水動力產(chǎn)生影響,由此可以得到流域劃分(圖2).在柱坐標系(r,θ,z)下,為便于描述波能裝置在波浪中的流場特性,定義水平面rOθ在靜水面上,Oz軸垂直向上.根據(jù)線性波理論,流域中的速度勢可以提出其時間因子e-iωt,由此得到的空間速度勢Φ(r,θ,z)可以分解為入射勢、繞射勢和輻射勢,具體可以表示為:

由于阻尼板的存在,浮子的輻射水動力特性發(fā)生了很大的變化.浮子自身的附加質(zhì)量和輻射阻尼隨著阻尼板半徑的增大而不斷增大,如圖3(c)和3(e),此外值得注意的是,浮子與阻尼板之間的相互作用輻射作用力體現(xiàn)為負的,如圖3(d)和3(f)所示,由此說明浮子和阻尼板的自激勵運動,均會促進對方的運動,且相互作用力的絕對值也隨著阻尼板半徑增大而逐漸增大.還可以看出,帶阻尼板浮子比單個浮子受到的輻射作用力要大,且隨著阻尼板增大,這種增大現(xiàn)象更加明顯.阻尼板及其參數(shù)變化對浮子及阻尼板運動的影響見圖3(g)和(h),浮子由于阻尼板的存在運動幅值增大,且其固有頻率隨阻尼板半徑增大向低頻移動,阻尼板自身運動隨其半徑增大減小,固有頻率也逐步減小,由此可得,在給定波浪條件下,阻尼板會使得浮子運動加劇.圖4描述了阻尼板半徑給定后,其浸沒深度改變對浮體所受波浪激勵力的影響.當增大阻尼板浸沒深度時,浮子的波浪激勵力保持不變,但阻尼板存在使得其小于單個浮子受到的波浪激勵力,如圖4(a),阻尼板受到的波浪激勵力隨著阻尼板浸沒深度增加更加明顯,尤其體現(xiàn)在高頻部分,與阻尼板浸沒深度呈反相關(guān),如圖4(b)所示.當增大其浸沒深度,帶阻尼板浮子由自激勵運動所受的輻射作用力有略微減小,但總體上要遠大于不帶阻尼板時受到的作用力,如圖4(c)和4(e).同樣的,浮子由于阻尼板作自激勵垂蕩運動產(chǎn)生的輻射波作用力呈現(xiàn)為負的,其中附加質(zhì)量絕對值與阻尼板浸沒深度呈反相關(guān),而阻尼部分在低頻時幾乎沒有變化,在高頻時,也與浸沒深度呈反相關(guān),如圖4(d)和(f)所示.改變阻尼板吃水對浮子及阻尼板自身運動響應(yīng)的影響如圖4(g)和(h)所示,可以看出,阻尼板吃水對浮子的運動幾乎沒有影響,但阻尼板吃水增加,其運動幅值迅速降低.


本文編號：3527703