振荡摇摆式波浪能装置数值模拟研究

利用浸入边界法和流体体积法建立基于N-S方程求解器的二维数值模型,运用该模型分析了振荡摇摆式波浪能装置中浮体与规则波的相互作用过程。在该数值模型中,自由表面采用流体体积法进行追踪,固体运动边界利用浸入边界法进行处理,漩涡和紊流则采用直接数值模拟进行处理。应用所开发的数值工具,对浮体周围的自由水面变化、浮体的动态响应以及波浪-浮体相互作用过程进行模拟。结果表明:该数值模型能够较为精准地预报波浪的非线性变形以及浮体的运动特性,合理、有效地复现波浪与浮体相互作用的物理过程。

振荡水柱波浪能发电装置机电转换及控制研究进展

在间歇、随机及波动的波浪作用下,振荡水柱波浪能发电装置的空气透平转速和扭矩长期随海况多级变化、短时随波浪波动,机电转换系统结合变工况控制策略是实现输出电能最大化和平稳化的关键之一。该文从振荡水柱式波能转换技术原理及特点出发,重点分析机电转换环节运行工况、运行要点及拓扑结构,归纳总结不同类型控制策略,探讨机电转换及控制技术现状、存在问题,并展望未来发展趋势。

中心管振荡水柱式波浪能装置外形设计性能试验

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响,本文进行了装置外形结构设计,通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验,验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明:设计的模型对入射波周期变化敏感,对特定入射波高响应较优越,且在波高为65 mm,周期为1.1 s时,获得最大俘获宽度比为67.64%;模型浮筒吃水深度越大,则俘获宽度比越小,通频带越窄;锥形尾管高度值对模型的俘获宽度比和通频带宽影响较小;不同水下结构比例的模型之间俘获宽度比数值差距较小,比例为0.3时,模型的俘获宽度比通频带最宽。模型试验结果对装置的进一步优化具有理论指导意义。

振荡浮子式波浪能转换装置研究

在Froude数相同的情况下,取相似因子为10,对振荡浮子式波浪能转换装置进行了模型设计,并在中国科学院广州能源研究所的造波水槽中对装置做了模型试验,试验在规则正弦波浪作用下进行,实验数据由计算机采集。实验结果显示,振荡浮子式波浪能转换装置具有与常规的振荡水柱式波浪能转换装置相当的俘获宽度比,但其总转换效率较后者高很多,建造成本较低,是一种很有发展前途的波能装置。尽管装置的可靠性有所降低,但在波能密度比较低的区域,如中国,在采取有效保护措施的条件下,装置的性能不受影响。

波浪能振荡浮子转换方式实验装置的研究与设计

针对阵列式振荡浮子波浪能转换设备,提出一种在实验室进行测试研究的实验装置。该实验装置由一组阵列柱形水槽组成,水槽液面在水动力系统的驱动下,按照计算机设定的函数做升降运动;对该装置模型——柱形阵列水槽的假设,依据波浪理论进行了论证;对装置的工作原理、结构设计、技术参数、控制电路和操作运行等做了较详细的说明;对实验装置实际运行和测试情况做了介绍。结果表明:该实验装置设计合理可行,模拟波浪高度,远高于现有的造波水池,构成了一种专用的模拟造波装置;该装置为不同形式振荡浮子式波浪能转换设备的研制提供了一种多功能、大振幅、高效灵活的实验平台。

振荡型波浪能转换装置中两种优化方法研究

该文基于线性波理论,从载体在波浪中的运动方程出发,以两种不同的优化角度推导了波能装置输出能量最大时的表现形式,最后以圆柱体作为波浪能转换的载体分析了两者方法的差异。数值计算表明在同一水深下,波能装置浮体的水线面决定了波能装置最优转换效率的趋势,而吃水深度决定了波能装置可达到的最大转换效率;对波能装置参数优化后运动在共振点的波能装置其转换效率并不是最大,而优化后的最大转换效率并不发生在共振点上。

振荡浮子式波浪能转换装置的优化计算

对振荡浮子式波浪能转换装置进行初步设计,并通过数值计算对装置结构进行优化,找出影响装置性能的主要因素,确定出在中国南海工况下装置性能最优的参数。结果显示,在中国南海常波周期5-6 s附近,前港长Lfp和浮子长Lb对装置性能影响最大,是决定装置性能的主要因素;浮子吃水深度D和港内水深Dp是影响装置性能的次要因素,通过调整这两个参数,可在局部范围内改善装置性能;等深域水深H对装置性能几乎没有影响,建造装置选址时可不考虑这方面的因素。使装置性能最优的参数取值依次为:Lfp=4 m,Lb=3 m,D=2.5 m,Dp=4.3 m。

弹性胶囊振荡水柱式波能转换装置的水动力特性研究

波浪能是一种极具潜力的可再生能源。为推进波能资源的利用,开发具有应用前景的新型波能转换装置(WEC),提出了创新性的弹性胶囊振荡水柱式(EC-OWC)波能转换装置,设计建立了物理试验模型。通过膨胀波试验,研究了弹性胶囊的膨胀特性和自由膨胀波的运动特性;通过波浪试验,研究了装置与波浪耦合作用时的水动力性能,以及波浪和模型参数对系统振荡和波高放大比的影响。结果显示:装置内外水头差由0增加至30 cm时,自由膨胀波波速由约3.02 m/s减小至1.90 m/s,与一维纵波理论结果规律相符;相对水深在0.0644~0.0782范围内时,稳定后的波高放大比基本均超过4,其中相对水深值为0.0706时达到最大波高放大比6;波高放大比随相对水头的增大先增大后减小,相对水头值为6时达到最大波高放大比6.5;波高放大比在相对管长为1.77时达到最大值6.35。结果表明:一维纵波理论可为弹性胶囊的设计提供支撑;控制水头差可有效调整装置的自然振荡周期;当装置内外振荡周期相匹配时,系统达到近似共振,装置内部膨胀波为驻波,且当胶囊长度接近半波长时,波高放大比达到最大。通过对EC-OWC模型的初步水动力性能试验研究,展示了该装置的优越性能和共振特性,可为此类WEC的开发提供参考。

振荡浮子式波浪发电装置的水动力分析

波浪发电装置在位运行过程中受多种因素的影响,其空间形态和运动具有典型的强非线性特征,相当复杂。为提高波浪能发电装置研究技术,对其进行水动力性能分析。结合某振荡浮子式波浪发电装置的具体参数和系泊设计,将该装置的系泊缆索离散为凝集质量模型,运用海洋工程专业软件OrcaFlex建立该装置在某特定海况下的水动力学分析模型。对该装置的系泊缆索进行特性分析,得到该其主体浮子结构的空间六自由度时域变化情况。仿真结果可为具体的工程实践提供一定的参考。

振荡水柱式波浪发电实验装置设计与开发

开发了气室高度、底坡角度可调节的振荡水柱式波浪发电实验装置,并在实验室中的波浪水槽内进行实验。考虑了3种气室高度、3种底坡角度及2种波高,共12个典型工况,根据不同工况下的实验结果,探讨了气室形状参量、波浪要素等对发电装置性能的影响规律。通过实验,启发学生进一步优化发电装置的思考,加深了对实际应用中波浪能开发及海洋工程结构设计与制造过程的认识。

岸式振荡水柱波能装置的波浪载荷及保护措施探讨

本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。

振荡体式波浪能装置功率控制研究进展

由于波浪多自由度、随机性和低速等特点,波浪能发电系统整体转换效率仍处于较低水平,限制了波浪能发电技术的发展。与此同时,电能滤波并网方法也间接制约着波浪发电系统的整体转换效率。分类梳理国内外振荡体式波浪能装置功率控制方法,总结各类波能装置电能滤波并网技术,阐述波浪能装置功率控制未来研究方向,可供波浪能发电功率控制和电能并网滤波领域的研究者参考。最终,应用波浪能装置功率控制可以提高初级俘能效率,对提高波浪能发电技术的工程经济性有重要意义。

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱(OWC)波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。

振荡浮子式波浪能装置运动预测数值分析方法

针对振荡浮子式波浪能装置,考虑其中浮体的6自由度运动及浮子与浮体之间的相对垂荡运动,推导非线性联合运动方程。基于细长体理论对该装置在作业海况下的波浪载荷进行分析。将该数学运动模型与已有的试验数据进行对比,验证了模型和分析方法的准确性。

单浮筒振荡浮子式波浪能装置的动力特性分析

针对振荡浮子式波浪能利用技术,提出一种单浮筒式波浪转换设计方案,对单浮筒随波浪的运动特性展开研究,将波浪能转换为振荡浮筒的摆动机械能,传递给PTO能量转换系统。通过采用Star-CCM流体仿真软件分析浮筒装置在不同PTO能量转换系统参数下的运动特性及受力情况,得到不同弹簧阻尼工况下浮筒装置的运动特性,以期为波浪能技术的装置结构优化及真实海况运行提供理论基础。

一种新型振荡浮子式波浪能发电装置的研究构想

波浪能是目前国内外海洋能研究的热点,我国波浪能储量丰富,开发利用潜力巨大。深入研究波能转换装置,对解决我国日益严峻的能源和环境问题具有重要意义。文中首先综述了现有的振荡浮子式波能发电装置的研究现状,并将其归类;依据现存装置的优缺点提出了一种新型振荡浮子式波能发电装置,并对其研究过程进行了详细的阐述。

振荡浮子式双浮体波浪能装置的频域和时域分析

为有效利用波浪能发电,对振荡浮子式双浮体波浪能装置进行分析。在对海洋结构物频域和时域的基本理论和计算方法进行分析的基础上,以双浮体波浪能装置为研究对象,提出一套基于势流理论的ANSYS-AQWA方法,对振荡浮子式双浮体波浪能装置的振荡运动进行模拟计算。利用Fortran对ANSYS-AQWA软件进行二次开发,在考虑线性脉冲串输出(Pluse Train Output,PTO)阻尼影响的条件下,将数值计算结果与NREL的试验结果相对比。针对特定的双浮体波浪能装置进行频域和时域的响应分析,为波浪能装置的进一步研究提供参考。

振荡浮子波能装置波浪冲击特性数值模拟研究

振荡浮子波能装置垂荡获能过程中会受到强烈的波浪冲击作用,因此有必要对浮子的波浪冲击特性开展研究。基于雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)建立了波浪与浮子耦合作用的数值模型,通过试验数据验证了所建模型的准确性,采用建立的模型分析了浮子表面的波浪冲击特性。通过数值分析得到以下结论:浮子底部受到的波浪冲击压力近似为正弦脉冲形式,在波浪行进方向上与前侧距离越大,无量纲冲击压力值越大;浮子迎浪侧波浪冲击压力随散射参数的增大而增加,其他位置处的冲击压力受散射参数的影响不明显;浮子上的最大波浪冲击压力受能量摄取(PTO)系统的影响很小。

状态空间模型在海洋波能转换系统中的应用 Ⅱ.单个矩形振荡浮子装置运动受力分析的解析方法

对线性入射波作用下的矩形振荡浮子运动受力分析给出了一种新的解析方法.对该方法首先采用特征函数展开法得到绕射速度势的一种新解析式,然后直接由绕射势和入射势来计算波浪激励力.与经典方法相比可以看出,对于立面二维问题,由于绕射势和辐射势的计算量相当,因此该方法比过去常用的解析法更为简单.为了验证方法的正确性,采用该方法对过去文献介绍的经典算例进行了计算,得到了与过去方法完全一致的结果,从而证明该方法是正确的.

基于TLP系泊振荡浮子波能发电装置锚固性能研究

介绍锚固基础由潜浮体和张力筋腱组成的振荡浮子波能发电装置及10kW海试样机。采用AQWA软件分析液压阻尼对装置的影响；运用TOPSIS评估方法探寻潜浮体的最优布置位置。研究表明：综合考虑装置位移响应、锚链张力和质量因素，潜浮体位置存在最优解.