后弯管波力发电浮标模型性能试验研究

为改进后弯管波力发电浮标的性能，对多种模型进行了新一轮试验研究。测定了它们的气室平均输出气流功率随波周期的变化曲线ＮＡ－Ｔ；试验了不同质量对性能的影响；测出了不同喷咀比ε的波高比Ｈｉ／Ｈｏ、压力比ΔＰｉ／Ｈｏ和波能转换效率ηＡ。确定了最佳浮体——前方后园浮室后伸型后弯管浮体的尺寸、质量和性能参数。

多点系泊下后弯管波力发电浮体模型试验研究

在大型造波水池中 ,对最佳后弯管浮体模型 3- 3,进行了多点系泊下浮体模型试验研究。测定了该模型在不同系泊条件下 ,气室平均输出气流功率随波周期的变化曲线 NA- T,最大锚泊力与入射波高之比随波周期的变化曲线 Fmax/Ho- T和最大纵荡距离与入射波高 Ho 之比随波周期变化曲线 Xmax/Ho- T。选定 L型链三点系泊为最佳系泊方案。进行了不同喷嘴比的性能试验和不同来波方向的试验 ,测定了浮体波能转换性能、最大锚泊力。

5kW 后弯管波力发电装置的研究

在造波水槽内对后弯管浮体模型进行了波能转换性能的试验研究。通过对比试验，选定了最佳浮体模型——前方后圆浮室后伸型后弯管浮体。波能转换效率达ηＡ＝ ７３．３％ 。给出了该浮体模型的性能曲线及其无因次特性。测定了该模型最大锚泊力Ｆｍａｘ随浮体参数的变化规律。设计制造了５ｋＷ 后弯管波力发电浮体。该机组采用０．８ｍ 直径的对称翼透平和无刷爪极发电机，输出直流电。采用单点锚泊系统，在珠江口桂山岛西南面海域进行海上试验。实测数据表明，海上试验瞬时功率大于５ｋＷ，超过机组设计额定值。

并联式后弯管波力发电浮体模型性能试验研究

对并联式后弯管波力发电浮体模型的波能转换性能和锚泊力进行了试验研究。结果表明并联式后弯管浮体模型的最佳响应周期基本不变,各单元浮体性能略有差异,位于中间的单元浮体性能略低于两侧的浮体,波能转换性能随浮体数量增加而下降,多点系泊使并联式后弯管装置效率提高。并联式后弯管波力发电装置采用标准化单元设计,灵活组成不同装机容量的装置,将大大降低锚泊系统、海底电缆系统的费用。

前方后尖浮舱五边形后弯管水槽性能实验研究

为提高后弯管(BBDB)波浪能的转换效率,对基于新理念和经验研制的前方后三角浮力舱五边形后弯管模型在造波水槽中进行一级能量转换实验研究。共考虑约束方式、喷嘴比、链长、吃水深度、模型浮态等因素,设置23种实验工况进行对比。实验中测量入射波高、波周期、气室液位和气室内外气压差。实验结果得到,该模型俘获宽度比最高值为121.34%,远优于同样实验条件下前方后圆后弯管模型79.1%的历史文献最高值;并且具有较宽的响应周期,为后弯管在随机波条件下实现高效转换创造条件;在BBDB模型正向波作用自由漂荡运动中,测得最大俘获宽度比为94.73%。模型实验结果与高效空气透平机组的结合,为波浪能的高效、低成本利用提供可能。

后弯管式波力发电装置气室结构的试验研究

后弯管式波力发电装置作为一种漂浮式振荡水柱式装置,具有可靠性强、安装维护方便、工作地点灵活的特点。本文在前人研究基础上,以10kW级后弯管式漂浮型发电装置为研究对象,以装置的水动力学性能为主要研究内容,以气室内相对波高作为主要表征参数,通过断面水槽水工物理模型试验,考察了气室内水柱振荡幅度与入射波波高和入射波周期之间的关系,分析了气室完全开敞、输气管添加负载以及弯管横管长度对气室内水柱振荡的影响,为进一步的大功率装置设计与试验提供了理论依据。

后弯管波浪能利用技术及样机设计

分析总结了目前世界上发展的后弯管波浪能利用技术。历史资料表明,水槽规则波模型实验俘获宽度比最大值达到了79.1%,水池规则波实验最高值达到172.8%,而且都呈现较宽的通频带。水池随机波实验俘获宽度比平均值最高为52%。后弯管技术表现出优良的波浪能量转换特性。基于前期的研究基础,经过对模型的改进和水槽规则波实验,研究发现模型从波浪能到气动功率的俘获宽度比最高值达到了99%,远超过历史文献最好值79.1%。样机设计表明,基于后弯管技术发展的波浪能利用装置具有良好的经济性。

后弯管波力发电浮体模型试验研究

在造波水槽里，用4种新的后弯管波力发电浮体模型进行了试验研究，测定了它们的气室平均输出气流功率随波周期的变化曲线Na-To模型3－3为最佳浮体，波能转换效率提高达ηa=79.1%，测定了模型3－3和模型4－7的描泊力，给出了各自最大锚泊力随波高及随波周期的变化曲线Fmax-H0,Fmax-T0还用船模适航仪测定了模型3－3和4－7随波浪的运动状态。给出了浮体升沉，纵摇，纵荡随波周期的变化曲线Z／H0－T、a/H0-T,X/H0-T和Xmax/H0-T。

后弯管模型多环节能量转换特性实验研究

后弯管(BBDB)技术从波浪能到电能的转换要经过多个环节,为提高后弯管技术能量转换性能,对一种新型的后弯管技术多环节阻尼形式展开了实验研究。水槽实验研究表明,在气流单向做功条件下,规则波下俘获宽度比(CWR)峰值为113.7%,随机波下CWR峰值为81.9%,而在气流双向做功时,规则波下CWR峰值为138.6%,随机波下CWR峰值为94.0%;相对于简单气孔阻尼模型,带有导叶、叶轮和发电机元件阻尼的试验模型的CWR稍高于简单纯气孔模型,两者CWR曲线变化的趋势接近。

带空气透平的后弯管浮式防波堤实验研究

针对海工作业平台、海洋养殖网箱等海洋装备的安全防护问题,提出了一种带空气透平的后弯管浮式防波堤,该空气透平既可将作用在防波堤上的波浪能转化成机械能并用于发电,还可显著减小防波堤的锚链力。在介绍了防波堤原理和结构特点的基础上,设计了物理实验模型,并在实验室造波池内进行了模型试验,研究了波浪周期、波高、吃水深度与弯管数量等因素对后弯管浮式防波堤透射系数和锚链力的影响规律。研究结果表明,波浪周期越短,波高越低,防波堤的透射系数越小,锚链力越小,其消波性能优于传统的浮式防波堤。

扁平五边形后弯管模型初级转换效率试验研究

为降低五边形后弯管装置的吃水深度,在保证弯管横截面积不变的条件下对已有的五边形后弯管模型进行改进,使其五边形底部呈扁平状、迎浪面变宽。在造波水槽中对扁平五边形后弯管模型进行规则波和随机波下的初级能量转换效率试验研究,探究不同质量和不同锚泊点下模型的能量转换特性。试验结果表明,在入射波波高0.1 m、周期1.15 s的规则波下,模型最高输出气动功率和俘获宽度比分别为8.551 W和98.59%,JONSWAP谱下模型的俘获宽度比最高达58.45%,优于历史文献值52%。规则波和随机波下扁平后弯管技术均具有较高的初级能量转换特性。

基于浮式防波堤的后弯管波浪能发电模型研究

后弯管波浪能发电技术是振荡水柱发电技术中的一种,因其具有良好的波浪能捕获性能而被广泛研究。为了研究吃水深度、气室形状、后弯管迎浪面形状和水平管长度对后弯管俘获宽度比的影响,首先基于仿真软件Fluent建立波浪水槽数值模型,然后进行比例模型试验,最后对比数值模型和比例模型结果以验证仿真结论。研究结果表明:在形成封闭气室的条件下,吃水深度越小,俘获宽度比越大;当气室形状改变造成工作液面截面积变化时,会对俘获宽度比产生影响;气室形状对喷嘴处流速影响明显,当气室倾角θ为60°时,俘获宽度比和喷嘴处流速最大;改变后弯管迎浪面形状可以改善波浪能捕获效果;长度适合的水平管可以提高俘获宽度比,当水平管长度超过波长的1/4后俘获宽度比降低。可见,4种参数对后弯管的发电性能有较大的影响。研究结果对浮式防波堤的海上发电工程具有一定的参考价值。

叶片形状对径向式透平波浪发电效率的影响

从后弯管的实验数据出发,设计4个透平,以研究叶片形状对径向式透平用于波浪能发电时转换效率的影响。通过数值分析方法得到4个透平在稳定流动中的性能参数,结果表明4个透平的性能相接近。基于稳定流动计算结果,使用准稳态方法分析4个透平在不稳定流动中的性能,结果表明由于存在反向流动现象,4个透平在不稳定流中的效率存在很大差异。后弯管空气透平的设计不仅要考虑效率,还要考虑反向流动时产生的扭矩。

压水板式后弯管波浪能发电装置的试验研究

提出了一种带有压水板的新颖后弯管波浪能发电装置,旨在提高后弯管波浪能发电装置的俘获宽度比,拓宽装置响应频宽。建立了压水板式装置物理模型,并在波浪水槽中开展物理模型试验,通过气压测量结合流量–气压关系式计算得到装置俘获转换的气动能量。研究了喷嘴比、锚泊点位置、吃水深度对装置性能的影响,并对比了一系列波浪要素条件下压水板式装置与常规型式装置的性能。发现在测试波周期范围内压水板式装置的最大俘获宽度比常规型式的大13.8%,俘获宽度比>70.0%的频响宽度比常规型式的宽21.9%,压水板实现了增效宽频作用。

适合航行的变体水柱系统波浪转换特性实验研究

针对现有波浪能技术存在成本高、生存性差等问题,本文研究一种具有航行潜质的变体水柱波浪能转换系统,它由浮力舱、垂直管、水平管、闸门等组成,通过闸门改变振荡水柱的长度和形状,改变航行阻力,实验研究了水柱的长度和形状变化、气流做功方式对系统转换特性的影响,并提出一套量化标准对系统的转换特性进行评价。水槽实验表明:模型规则波下最高俘获宽度比达到了154.6%,随机波下最高俘获宽度比达到了97.0%;规则下闸门打开的模型的俘获宽度比大概是闸门关闭模型俘获宽度比的1/2,随机波下闸门打开模型的俘获宽度比大概是闸门关闭模型俘获宽度比的3/4。

BD4501型浮标用波力发电装置的研制

描述了ＢＤ４５０１型浮标用波力发电装置，它采用φ３００ｍｍ单阀式冲动透平和日本产４５０ＷＴｏｋｕｎｏ发电机，结构紧凑，体积小，重量轻，效率高，能与ＷＢＦ２．８６＊２．２Ａ型后弯管浮标实现最佳匹配，在日本名古屋东南三河湾进行了成功的海上试验。

不等截面串联双管浮体模型波浪能量转换特性研究

提出一种具有后弯管和直通管2种工作模式的新型振荡水柱装置,并通过水槽实验来探讨做功方式、波周期、波高及质量等因素对该装置从波浪能到气动能量转换的影响。水槽实验表明,当模型工作在后弯管模式下,气室中气流双向做功时,规则波中的俘获宽度比(CWR)最高可达138.6%,随机波中的CWR最高可达94%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达113.7%,随机波中CWR最高可达81.9%。当模型工作在直通管模式下,气流双向做功时,规则波中CWR最高可达81.1%,随机波中CWR最高可达66.2%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达53.9%,随机波中CWR最高可达42.1%。模型在随机波实验中后弯管、直通管工作模式的CWR峰值分别能达到“巨鲸号”的3倍、2倍,显然模型的后弯管工作模式具有更高的能量转换特性。

波浪能发电用离心式透平的设计及其发电特性

基于后弯管装置在规则波下的试验数据,利用流线曲率法设计制造离心式透平,将其置于后弯管装置气室喷嘴口.通过试验测试,得出装备离心式透平的振荡水柱波浪能发电装置在规则波下不同负载时的工作性能.当负载为电池时,后弯管装置在入射波周期为1.4 s时工作性能最优,在入射波功率只有7.95 W的试验条件下,输出电功率为0.7168 W,整体能量转换效率为9.02%;当负载为电阻时,后弯管装置在入射波周期为1.5 s时达到最优工作状态,在入射波功率只有7.98 W的试验条件下,输出电功率为0.8653 W,整体能量转换效率为10.85%.在两种不同负载的工况下,虽然试验数据不同,但相关曲线的运动规律相似,且都在后弯管装置俘获宽度比最佳时的波周期附近达到最佳工作状态.