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。

一种新型摆式波浪发电装置的研制

针对海上浮标、领航灯等远海设施供电难的问题,设计了一种新的摆式波浪发电装置。为提高装置的可靠性和寿命,采用封装在箱体内与海水完全隔离的设计方案。创建了机械式能量转换装置以简化波浪能转换器并提高波浪能利用效率。详细叙述了摆式波浪能发电装置的设计方案,并建立了摆锤的数学模型以及结合线性波动中二维深水进行波理论计算,计算了装置的整机理论效率,同时对关键零件的疲劳寿命进行了分析和预测。实验结果表明,当箱体晃动周期为3 s、倾角为15°时,波浪发电机的平均输出功率为10 W左右,输出电压为14 V。研究证明,该波浪能发电装置的设计是可行的。

一种浮摆式波能发电装置摆板运动响应的数值模拟

海况是影响波浪能发电装置运行效率的因素之一。以浮摆式波能发电装置为基础,描述了其中摆板系统的收集原理;并基于AQWA(advanced quantitive wave analysis)水动力学计算软件,仿真计算了三种波况下各摆板的运动响应,发现波向为45°角是摆板系统的最佳运行角度;当波高不超过0.6 m时,摆板的运动状态较易趋于平衡。另外,提出了一种估算摆板采集波能的平均转换效率的方法,并基于相关拟合函数软件,计算了5种较理想波况下摆板采集波能的平均能量转换效率,结果发现,波浪的周期和波高越大,摆板的波能采集效率越低。

梯形摆式波能转换装置水动力性能研究

基于势流理论,采用频域方法对固定梯形摆式波能转换装置的水动力性能进行研究。由于摆式波能转换装置固有周期较长,在固有周期附近辐射阻尼系数较小,故波能转换效率并不高。在线性理论下研究波能转换装置的水动力性能时通常忽略非线性阻尼的作用,当波浪周期等于装置的固有周期且负载阻尼系数等于辐射阻尼系数时可获最大的输出功率。类似于船舶横摇,对摆式波能转换装置而言有必要考虑非线性阻尼的影响,分析非线性阻尼对最佳负载阻尼系数的影响及负载阻尼系数对摇幅及波能转换效率的影响。

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.

无人水下航行器摆式发电装置设计与研究

针对海洋无人水下航行器能源供给需求,设计了一款小型化摆式发电装置,该装置搭载在无人水下航行器内部,受波浪、海流、潮汐等影响,航行器产生摆动,获取海洋动能,并将其转换成稳定的电能。详细论述了摆式发电装置的工作原理、系统结构和设计方案,建立了系统机电耦合动力学仿真平台进行仿真分析,并开展了样机试验验证。研究结果表明:该摆式发电装置设计是可行的,实现了电能稳定输出,有效发电效率达到了24.40%。

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。

“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。

水稻机械直播同步悬摆式覆土装置设计与试验

【目的】针对南方水稻机械直播后裸露泥面导致全苗难的问题,研制了一种水稻机械直播同步悬摆式覆土装置。【方法】基于水稻机械穴直播及同步覆土农艺要求,设计了一种悬摆式覆土装置,开展了悬摆覆土的运动分析,构建了其数学模型,确定了悬摆杆长和悬摆装置驱动转速;进而,以覆土板结构(覆土板A、B和C)、前进速度(0.30~1.00 m/s)和土壤含水率(45%、50%、55%)为自变量,覆土厚度和漏覆率为评价指标,全因素台架试验分析研究了悬摆式覆土装置的工作性能;并基于最优参数组合,开展了不同品种机械覆土出苗对照试验。【结果】前进速度、土壤含水率、覆土板结构均显著影响覆土厚度,且覆土板A平均覆土率达86.55%,平均覆土厚度为6.40~6.90 mm,建立了覆土厚度回归方程,拟合度为0.974;当覆土板A在0.5 m/s前进速度、土壤含水率55%条件下,常规稻中嘉早17和杂交稻陵两优722机械覆土处理出苗率比未覆土处理分别提高了37.30%和31.97%,平均增幅为34.64%。【结论】悬摆式覆土装置能实现水稻机械直播同步覆土,满足覆土厚度不超过10 mm的农艺要求,且提高了水稻出苗率。研究可为水稻机械直播同步覆土机具的研制提供关键技术与核心部件。

底铰摆式波能装置在斜向波中的水动力性能

采用特征函数展开和二维格林函数相结合的方法求解底铰等厚度摆式波能转换装置水动力系数及斜向规则波作用下的波浪扰动力矩。二维积分方程中奇异积分项采用复变函数解析法求解,因此同时适用于有限厚度及薄壁底铰摆板的水动力计算。通过与文献及与AQWA软件水动力计算结果的比较,验证程序的正确性。类似于船舶横摇运动,在固有周期附近粘性阻尼对摆式波能转换装置的性能有很大影响。通过在运动方程中添加粘性阻尼项考虑粘性阻尼的作用,并在此基础上给出最佳负载阻尼系数的估算公式,分析波向角和波高对装置最佳转换效率的影响。

钟摆式脱饼装置在圆盘真空过滤机的应用

介绍了改造前圆盘过滤机的脱饼方式 ,并分析了两种脱饼方式存在的问题 ,介绍了钟摆式脱饼装置的结构。

海洋动能发电装置在水下探测航行器的安装位置对发电性能的影响

为了研究海洋动能发电装置在水下探测航行器中的安装位置对其发电性能的影响,根据拉格朗日方程建立了水下探测航行器与晃动摆的耦合非线性运动方程,在不同的阻尼系数和横摇激励频率下,采用龙格库塔方法分别对海洋动能发电装置安装位置对发电性能的影响进行了数值分析。研究结果表明:海洋动能发电装置的安装距离(晃动摆的摆动中心到航行器质心的距离)为零时,在横摇固有频率激励下,系统收集能量为零;安装距离不为零时,能量收集系统在固有频率附近呈现振动系统所有的特性;收集的功率与安装距离为二次方关系,且在不同频率时,在安装距离为零附近都有一零功率点,说明发电装置安装距离应尽量避免为零,且这一安装位置与阻尼系数无关,而与频率有关。研究结果将为后期海洋动能发电装置的安装布放提供借鉴。

层次分析法在波浪能发电装置选型中的应用

"多浮摆式"波浪能发电装置是利用多个摆板系统以提高能量捕捉性能的发电装置。比较国外发展较成熟的3种"多浮摆式"波浪能发电装置的特点,根据福建沿海海域的海况,运用层次分析法选取了一种适宜该海域的装置,为目前波浪能发电装置的改进和研究提供参考依据。

电机车撒砂装置技术改造

撒砂装置是电机车结构的一个重要组成部分,但原来的撒砂装置在使用时存在着诸多不便,如对砂子质量要求非常严格,砂箱经常堵塞且不易清理,操作不方便等因素,给操作维修带来了不便及安全隐患。针对以上情况对电机车撒砂装置进行技术改良,使其能够均匀快速的撒砂,提高了机车的制动性使其更易操作且便于维修。在生产工作中得到了应用,在电机车运输安全管理工作中起到了至关重要的作用,给矿山运输节约了大量的人力财力,是非常值得推广和应用的。

燃烧室出口移位装置述评

综述了国内外燃烧室出口测试采样用内摆式移位装置的发展概况,介绍了装置的组成部分和应用特性,并指出国内研制适用于燃气温度2000K、压力2.5MPa的大型移位装置的必要性。

兼具波能转换与减振作用的OWSC-VLFS集成系统的水动力性能研究

摆式波能装置与超大型浮体集成系统在间隙流体共振作用下其浮式弹性板的水弹性响应和波能装置的水动力性能属于非线性范畴,尤其当非线性多体相互作用时,这种非线性行为更加复杂,因此采用完全非线性分析技术是唯一可获得浮板精确水弹性响应以及波能装置俘获效率的方法。本文利用计算流体软件耦合有限元方法建立模拟摆式波能装置与超大型浮体相互作用的完全非线性三维时域数值水槽模型;将弹性板模型加入到流固耦合交界面,对流体结构相互作用进行建模并对超大型浮体进行离散,再利用数据交互实现耦合计算;采用有限体积法对Navier-Stokes控制方程进行空间离散,使用流体体积法追踪流体与空气两相之间的自由界面变化。结果表明:浮板中线各点处的垂向位移随摆板水下深度的增加而减小,而摆板俘获效率随其水下深度的增加而增大;波幅的增加会加剧波浪的非线性作用,当波幅增加时,集成系统中浮板的水弹性响应明显减小,摆板的俘获效率逐渐降低。

浮摆式波能发电装置浮体系统的数值模拟

描述了浮摆式波能发电装置中浮体系统的收集原理,并对浮体系统的具体结构参数进行说明;在Workbench平台DesignModeler模块的基础上,对浮摆式波能发电装置中的浮体系统进行建模;对仿真过程中AQWA用到的基本方程、初始条件和需注意的事项进行了分析说明;并基于AQWA水动力学计算软件,对浮体的附加质量、辐射阻尼和RAO值进行计算,分析模拟了三种变化波况下浮体的运动响应情况,对浮箱的最大采集效率进行估算。仿真计算结果发现:1浮体的垂荡振幅大于浮箱的垂荡振幅,辐射阻尼随波浪频率的增大而增大,附加质量随波浪频率增大而缓慢减小;2周期和波高分别影响垂荡波形图的宽度和高度,周期较小时,应该注意锚链的疲劳断裂;3浮箱的最大采集效率为42.8%。

共振摆式波能装置变刚器螺纹传动

变刚器是共振摆式波浪能转换装置实现高效提能的重要机构,特殊的工作规律与环境使变刚器对螺纹传动的动力性能提出了较高的要求.首先介绍了摆式波能装置变刚器的工作原理及其螺纹传动方式,通过螺纹副的运动学模型,分析了影响螺纹传动动力性能的因素,进而运用有限元等方法研究改善螺纹传动性能的途径:通过改善螺纹受力和变形不均,提高承载能力;选用合适的配对材料和润滑方式;选择合理的螺纹升角.最后提出满足经济性能要求的变刚器螺纹传动方案.