两层流体中水波与垂直圆柱浮体的相互作用

基于特征函数匹配理论,导出了作用在垂直圆柱浮体上波浪力的计算公式.对于两层流体,除了表面波模态的波浪力外,还有内波模态的波浪力,这与单层流体的情况是不同的.对所建立的求解模型进行了数值计算分析.结果表明,在某个频率范围内,流体的分层效应对垂直圆柱浮体的波浪力有一定影响.

两层流体中垂直圆柱浮体的辐射水动力特性

基于特征函数匹配方法,建立了两层流体中垂直圆柱浮体水波辐射问题的求解理论,导出了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数的计算公式.针对垂荡、横荡与横摇振荡运动模式,计算分析了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数特性,并与均匀流体的情况进行了比较.结果表明,在垂直圆柱浮体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有显著影响的.

双圆柱形浮体波能装置振动特性分析

双圆柱形浮体作为吸收波浪能量的载体已在实际中得到应用,其振动特性研究对于波能装置设计及提高转换效率具有指导作用。文章采用线性波理论和特征函数展开匹配法,求解了双圆柱形浮体垂荡辐射问题和绕射问题,基于粘性阻尼吸取波浪能,建立了振荡浮体的一维运动方程,以此方程推导了波能装置的振动特性和转换效率表达式。数值分析表明波能装置的固有振荡周期是随入射波周期变化而变化的,水下浮体对振荡浮体的振荡和能量转换特性有一定的影响,但只要两者的距离适当远,水下浮体对波能装置的振荡特性和转换效率的影响可忽略不计;研究表明根据不同的波况正确选择弹性系数和外部阻尼可提高波能装置的转换效率。

圆柱形波浪能吸收体水动力学分析与优化设计

以波能装置中单个圆柱形浮体在线性入射波作用下的垂荡问题为研究对象,采用特征函数展开法求解辐射和绕射势的定解问题,对线性水波作用下的单圆柱形浮体的水动力学特性进行分析,包括水动力学系数和波浪激励力。分析过程中应用了分离变量法和扩展特征函数匹配法。以理论分析为基础,在给定的实海况条件下,对圆柱形浮体的设计参数进行优化,使其最大程度地获取波浪能,优化内容包括浮体截面半径和浮体吃水深度。优化结果对实际设计工作具有直接指导意义。

双圆柱形浮体波能装置双自由度响应及转换效率分析

大部分波能装置是通过载体的振动吸收波浪能,双圆柱形浮体是其中一类波能装置,研究双浮体波能装置的振动特性对于设计及提高波能装置整体转换效率具有重要的指导作用.本文把双浮体波能装置物理问题简化为具有黏性阻尼二自由度的受迫振动系统,采用线性波理论和特征函数展开匹配法求解了波浪引起的激励力、附加质量和阻尼系数,基于振荡浮体的双自由度运动方程推导了波能装置的响应和转换效率表达式,并给出了优化原则.数值分析表明阻尼优化曲线有一波峰部分同弹簧无关,峰值的大小和对应的频率只同工况有关;当弹簧存在时,优化曲线呈现双峰值,双峰值对应的频率宽度随弹性系数的增大而变窄;低频段峰值对应阻尼较小,相对响应较大,高频段优化峰值对应相当大的阻尼,相对响应较小,几乎小于入射波波幅.

直驱式波能装置振动及转换效率分析

波浪能利用装置一般是利用振动来获取波浪能量,如鸭式装置、点吸收式装置。点吸收技术是世界上目前研究得比较热门的一类波浪能利用技术,漂浮直驱式波能装置是点吸收技术的一种。文章首先通过物理过程分析,把由双圆柱浮体构成的漂浮直驱式波浪能装置当成一个双自由度振动系统,建立系统振动方程;然后,运用势流理论求解由双圆柱浮体的垂荡辐射问题和绕射问题,求解出振动分析所需要的水动力学参数。考虑波浪能装置通过粘性阻尼吸收波浪能,利用求得的水动力学参数,设定的外部阻尼和弹簧弹性系数,可求解出此情况下水面浮体和水下浮体的相对运动幅值,进而求得装置的转换效率。给定模型尺寸参数,在一些确定的外部阻尼值和弹簧弹性系数点,分别通过变化外部阻尼和弹簧弹性系数,分析装置的振动特性以及转换效率的变化,从而在不同波况下选择适合装置的外部阻尼系数和弹簧弹性系数。

波浪能捕获浮体对能量转化系统特性的影响

振荡浮体式波浪能捕获系统中浮体设计是能量捕获的关键。浮体水动力模拟研究中功率输出多假设为线性阻尼,对于波浪能液压转化采用非线性输出阻尼更切合实际。针对垂荡浮体液压转化系统,建立不规则波作用下垂荡圆柱浮体非线性动力学模型和非线性液压能量转化系统模型,研究圆柱浮体直径和入水深度对浮体运动响应、液压转化系统动态特性和总特性的影响。随着圆柱直径在一定范围内增大,不规则波浪力、液压缸输出力、浮体运动响应、捕获和输出功率的动态峰值显著增加,捕获功率和捕获效率、马达输出功率和转速接近线性增加;随着圆柱入水深度在一定范围内增大,波浪力呈线性减小,液压缸输出力、捕获功率和捕获效率均缓慢上升到最高点然后逐渐下降。浮体直径和入水深度对液压转化效率影响比较小。研究成果为波浪能捕获液压系统浮体设计提供理论依据。