风浪联合发电系统水动力学研究进展

随着化石能源枯竭和全球变暖等环境问题的日益严重,海洋可再生能源(海上风能、波浪能和潮流能)成为研究热点.为了有效开发海洋可再生能源,降低成本,多种能源综合开发成为现阶段的趋势.海上风能与波浪能结合具有广阔的应用前景,联合发电系统不断创新.水动力性能是联合发电系统与波浪相互作用的重要基础.本文简要介绍多种应用在联合发电系统上的水动力学数值模拟方法,包括线性频域、线性时域、势流非线性方法,以及基于Navier-Stokes方程的黏性方法,对现有文献的水动力学数值模拟方法进行综述,从计算效率和精度方面分析其优缺点,且进一步阐述水动力控制优化的技术原理与实验技术主要科研难点,为联合发电系统的水动力设计提供依据.得到以下主要结论:从计算效率上看,线性频域方法最优,其次为线性时域、势流非线性、黏性方法,从计算精度上看,与前者恰好相反;综合考虑计算效率和精度,采用考虑黏性修正的势流方法来研究是一个切实可行的方案;模型实验方法和优化控制技术目前还不够成熟,尚处于探索阶段.

浮式风机平台与波能装置混合系统的性能分析

为了研究波能装置与浮式风机平台混合系统在某一典型海况下的最优组合形式及最优功率的大小,本文依据线性势流理论,采用高阶边界元方法建立了多波浪能装置与浮式风机平台垂荡运动频域数值模型。研究动力输出装置的阻尼最优的情况下,不同尺寸和布局的波能装置对混合系统的最优功率和浮式风机平台受力的影响。结果表明:与浮式风机平台相结合的波能装置的直径吃水比越大,混合系统的最优发电功率越高,浮式风机平台受到的垂向受力增加,最大水平力和纵摇力矩越小;波能装置的存在会减小浮式风机平台受到的纵摇力矩,这种混合系统具有广阔的应用前景。

波能装置与浮式防波堤集成系统的水动力性能

为了研究波能装置与防波堤集成系统的发电与防波性能,使用粘性计算流体动力学软件Star-CCM+建立了二维数值波浪水槽模型。对比方箱在水槽中垂荡运动的实验结果,验证了数值模型,使用该模型研究了动力输出装置的阻尼为最优的情况下,方箱形、Berkeley-Wedge形、三角形和三角加挡板形4种不同底部形状对浮子防波性能和发电性能的影响。结果表明:浮子形状不对称的集成装置的防波和发电性能都要优于浮子形状对称的集成装置;三角加挡板形浮子的性能优越,具有成为理想的海岸保护与波能转换装置的巨大潜力。