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。

基于MATLAB/SimScape的摆式波浪能发电系统建模与仿真

为了分析摆式波浪能发电过程的运行状态,采用SimScape构建了波浪能发电系统的仿真模型,结合不同海况情况研究了连续发电和蓄能间歇发电2种模式下的系统运行,仿真结果与系统实际运行状态一致。仿真结果表明,在连续发电状态下,蓄能器能削弱波浪引起的能量波动,使发电机端电压保持在380V,起到稳压的作用;在间歇发电状态下,系统处于间歇期,蓄能器蓄积液压能,当液压压力达到2.4MPa后释放能量发电,使发电机端电压在一段时间内保持在380V。

“Petrel”(海燕)浮力摆式波浪能发电装置外观设计

本文通过了解以英国"Oyster"(牡蛎)浮力摆式波浪能发电装置为主的几款摆式波浪能发电装置,在其原理基础上对它的一级能量收集装置即摆板进行再设计,旨在通过对摆板的外观设计来达到提高其波浪能收集率,进而增加发电量的目的。怀揣如此的目标,"Petrel"(海燕)浮力摆式波浪能发电装置的设计构想应运而生。

新型浮力摆式波浪能发电装置波-电动力学建模和时域特性分析

主动共振浮力摆式波浪能发电装置通过调节内部配重位置实现共振发电。本文以基于机械式动力输出系统(Power Take-off,PTO)的主动共振浮力摆式波浪能发电装置为研究对象,构建波-电时域动力学模型并验证模型可行性,该模型的非线性特征主要体现在正弦函数形式的静水回复力矩及止动力矩中。进一步,研究自振周期同不规则波能量周期一致的共振状态下,不同负载形式及取值大小对装置时域响应曲线、时均功率和效率的影响。研究结果表明:不同负载设置对俘获宽度比的影响大于PTO传动效率。阻性负载值过大或过小均会削弱俘获宽度比,使有功时均值和发电效率下降,共振状态下,负载的感性或容性成分会使发电机产生大量无功,且无功有正有负,感性或容性成分能有效削弱俘获宽度比、有功时均值和发电效率。

基于机械整流式PTO的摆式波浪能发电装置研究

海洋波浪能作为一种新型能源,具有较大的潜力。近些年摆式波浪能发电装置由于其优良的性能成为学者们关注的热点,但是现阶段摆式波浪能发电装置大多采用液压传动的方式,使装置只能俘获单方向的波浪。通过借鉴电路系统中整流电路的概念,完成了机械整流式PTO(动力输出)方案的设计。之后通过试制比例样机进行实验验证,在波浪条件为0.1m/0.2s的情况下,装置的平均发电功率为1.04W,最高发电功率为5.5W。

摆式波浪发电装置一级转化效率模型试验研究

一级转换装置是一个波浪能发电装置中的关键技术,而如何提高能量转化效率,是一级转换过程研究的重点问题。为确定一级转换装置的能量转化效率与哪些因素有关,对摆式波浪能发电装置的摆板机构进行了模型试验研究,测试了摆板模型在多种波浪条件下的动力响应参数,确定了摆板的动力输出特性及其控制因素;测试了在极限波浪作用下,摆板模型装置的受力状况。通过试验,为摆式波浪能发电装置的设计提供了必要的参考依据。

悬挂摆式波浪发电实验装置的开发

开发了新型悬挂摆式波浪发电实验装置,装置主要由摆板、方向控制系统和发电机系统组成。方向控制系统可以把摆板的双向往复摆动转换成发电机轴的单向旋转运动,进而驱动发电机发电。基于5种工况下的波浪周期和波高,分别进行装置的发电性能实验,得到采样时间内摆板的摆角及装置输出电压变化情况。探究了波浪周期、摆板的最大摆角及发电装置输出电压之间的影响机理。结果表明,摆板的最大摆角随着波浪周期的增大逐渐增大到最大值,然后开始减小;装置输出的峰值电压均值与摆板的最大摆角呈正相关的关系。

悬挂摆式波能发电装置聚波口的优化设计

为了提高浮体型悬挂摆式波浪能发电装置的入射波能量,提出在浮体前端设置增加迎波宽度的楔形聚波口的方案.为了优化楔形聚波口形状,基于Fluent 流体体积法模型,研究不同浮体楔形聚波口的角度对装置水室内流体的流速以及聚波效果的影响规律.通过分析不同楔形口角度下的最高流速、流速梯度以及摆板安装处流速的变化趋势,发现当楔形聚波口角度在30°~45°时,由聚波口反射形成的反射波波高较小,故反射波能量较小,波浪汇流平缓,水室内流速分布较为均匀,聚波效果较好.

一种基于海上平台的新型浮桥

21世纪为了解决跨海的交通问题,设计出以张力腿(TLP)为基础,与斜拉桥相组合的结构,并引气幕式防波堤布置于平台主体底端提供消浪作用,同时安装摇摆式波浪发电机为气幕式防波堤制造气幕提供电力供应。此方法具有潜在的经济效益与社会价值。

船用双摆翼式波浪能捕获装置设计与试验

针对目前水上电动无人船能耗大,导致续航能力不足的问题,设计了一种双摆翼式、可伸缩的船用波浪能捕获装置。为研究该装置的波浪能捕获特性,基于系统机械结构和水动力参数,建立了波浪能捕获系统的频域动力学模型,搭建了该系统在波浪作用下的时域仿真平台,试制了1:8的缩比样机,开展了其捕获波浪能的水池试验。通过仿真与试验结果的比较,验证了仿真模型的准确性,试验结果表明样机在周期2.0s,波高16cm的规则波下,捕获功率达到0.74W。最后通过相似比理论,计算了实尺寸系统在周期为5.66s,波高1.28m的规则波下可实现捕获功率达到2143.26W。该研究为船用波浪能转换装置的设计提供了参考。