振蕩浮子式波浪能裝置水動(dòng)力特性CFD數(shù)值模擬
發(fā)布時(shí)間：2020-12-06 01:03
波浪能是一種蘊(yùn)藏量巨大的海洋可再生能源,波浪能的利用可以極大地緩解能源緊張和環(huán)境污染的壓力。作為波浪能利用的主要設(shè)備,波浪能裝置的水動(dòng)力及能量吸收性能被廣泛地研究,但仍有許多問題的研究尚不深入,如浮體與波浪的非線性作用、裝置中PTO（Power Take-off）的非線性耦合、多自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)能量吸收等問題。本文以典型的振蕩浮子波浪能裝置為研究對(duì)象,采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式,建立波浪能裝置中浮子的水動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)典型波浪能裝置的運(yùn)動(dòng)、載荷、能量吸收特性及自由面的形變、流場等展開研究,為波浪能裝置的安全作業(yè)和高效運(yùn)行提供理論方法和設(shè)計(jì)依據(jù)。本文綜述了波浪能裝置研發(fā)的國內(nèi)外現(xiàn)狀,闡述了理論及試驗(yàn)研究方法的進(jìn)展,并給出本文所用CFD方法的基本理論,建立了浮子運(yùn)動(dòng)的CFD方法,通過對(duì)線性及非線性波浪場的模擬,驗(yàn)證了數(shù)值水池造波的準(zhǔn)確性;通過對(duì)圓柱和圓臺(tái)浮子的模擬,與國外權(quán)威數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,驗(yàn)證了數(shù)值水池在模擬浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)確性。并利用該方法成功地模擬了浮子的線性波上浪、非線性波抨擊及自由面形變的時(shí)域非線性問題。在浮子水動(dòng)力性能方面,展開對(duì)典型形狀的平底和半球底圓柱浮子,及開孔的圓柱...
【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：188 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
挪威的球形浮子圖
.2.1 國外研究現(xiàn)狀世界波浪能產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，世界最早研發(fā)波浪能裝置的國家是法國[23]，波浪術(shù)起步早期，在 1980 年之前世界各國就有 1000 多種波浪能技術(shù)的專利，以英國、、美國和西歐為主[24]，其中英國和日本的技術(shù)處于領(lǐng)先水平[25]。本文簡述幾種具有性的波浪能裝置。2.1.1 振蕩浮子式振蕩浮子式的原理是利用浮子的垂蕩、橫檔和搖蕩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng) PTO 進(jìn)行能出，裝置可以是單一的浮子或多個(gè)浮子組成的陣列。1980 年，挪威制造了一種球形體漂浮式波浪能裝置[26]，如圖 1.2 所示，該裝置主要由浮子、立柱和空氣輪機(jī)組中浮子為半徑為 1m 的球體，可沿著立柱運(yùn)動(dòng)，立柱與海底鉸接，浮子沿著立柱運(yùn)帶動(dòng)上方的氣輪機(jī)進(jìn)行能量輸出，該裝置后期在特隆赫姆峽灣進(jìn)行海試。
第 1 章 緒論定且密封在海底，浮子用張緊的纜繩與海底電機(jī)連接，浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)通過纜繩帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量輸出[27]，這種電機(jī)固定的波浪能裝置轉(zhuǎn)換效率較高。圖 1.3 為 L9 波浪能發(fā)電裝置[28]，扁平形的浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)海底的直線電機(jī)輸出電能。PowerBuoy[29]波浪能裝置由美國 OPT 公司研制，經(jīng)歷了數(shù)次海試后，2006 年在英國的 Cornwall 完成了第六次海試，并于 2007 年在夏威夷正式下水。如圖 1.4 所示，該裝置具有雙浮體結(jié)構(gòu)，由錨鏈將柱體底部的阻尼盤與海底相連，電機(jī)安放于柱體內(nèi)部，并通過浮子和柱體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)電。該裝置的技術(shù)難點(diǎn)在于要對(duì)浮體水動(dòng)力性能進(jìn)行精確控制，以提高裝置的能量吸收率。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]岸式振蕩水柱波能轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)值模擬[J]. 寧德志,石進(jìn),滕斌,趙海濤. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(07)
[2]Design of A Hydraulic Power Take-off System for the Wave Energy Device with An Inverse Pendulum[J]. 張大海,李偉,趙海濤,鮑經(jīng)緯,林勇剛. China Ocean Engineering. 2014(02)
[3]波浪能采集裝置技術(shù)研究綜述[J]. 李居躍,何宏舟. 海洋開發(fā)與管理. 2013(10)
[4]海洋可再生能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策建議[J]. 高艷波,柴玉萍,李慧清,陳紹艷. 可再生能源. 2011(02)
[5]海浪發(fā)電的現(xiàn)狀及前景展望[J]. 焦永芳,劉寅立. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2010(12)
[6]大力加強(qiáng)我國海洋能研究開發(fā)利用[J]. 徐錠明,曾恒一. 中國科技投資. 2010(03)
[7]我國海洋能研究與開發(fā)述評(píng)[J]. 蔣秋飚,鮑獻(xiàn)文,韓雪霜. 海洋開發(fā)與管理. 2008(12)
[8]世界波浪發(fā)電技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)[J]. 龔媛. 電力需求側(cè)管理. 2008(06)
[9]我國海洋能開發(fā)利用發(fā)展戰(zhàn)略研究的基本思路[J]. 趙世明,劉富鈾,張俊海,張智慧,白楊,張榕. 海洋技術(shù). 2008(03)
[10]柱對(duì)稱雙浮子波能裝置散射問題的解析方法[J]. 吳必軍,鄭永紅,游亞戈,孫曉燕,陳勇. 海洋學(xué)報(bào)(中文版). 2004(03)
博士論文
[1]浮力擺式波浪能裝置的水動(dòng)力性能研究[D]. 趙海濤.浙江大學(xué) 2012
碩士論文
[1]我國波浪能開發(fā)利用可行性研究[D]. 管軼.中國海洋大學(xué) 2011
本文編號(hào)：2900421
【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：188 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
挪威的球形浮子圖
.2.1 國外研究現(xiàn)狀世界波浪能產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，世界最早研發(fā)波浪能裝置的國家是法國[23]，波浪術(shù)起步早期，在 1980 年之前世界各國就有 1000 多種波浪能技術(shù)的專利，以英國、、美國和西歐為主[24]，其中英國和日本的技術(shù)處于領(lǐng)先水平[25]。本文簡述幾種具有性的波浪能裝置。2.1.1 振蕩浮子式振蕩浮子式的原理是利用浮子的垂蕩、橫檔和搖蕩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng) PTO 進(jìn)行能出，裝置可以是單一的浮子或多個(gè)浮子組成的陣列。1980 年，挪威制造了一種球形體漂浮式波浪能裝置[26]，如圖 1.2 所示，該裝置主要由浮子、立柱和空氣輪機(jī)組中浮子為半徑為 1m 的球體，可沿著立柱運(yùn)動(dòng)，立柱與海底鉸接，浮子沿著立柱運(yùn)帶動(dòng)上方的氣輪機(jī)進(jìn)行能量輸出，該裝置后期在特隆赫姆峽灣進(jìn)行海試。
第 1 章 緒論定且密封在海底，浮子用張緊的纜繩與海底電機(jī)連接，浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)通過纜繩帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量輸出[27]，這種電機(jī)固定的波浪能裝置轉(zhuǎn)換效率較高。圖 1.3 為 L9 波浪能發(fā)電裝置[28]，扁平形的浮子運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)海底的直線電機(jī)輸出電能。PowerBuoy[29]波浪能裝置由美國 OPT 公司研制，經(jīng)歷了數(shù)次海試后，2006 年在英國的 Cornwall 完成了第六次海試，并于 2007 年在夏威夷正式下水。如圖 1.4 所示，該裝置具有雙浮體結(jié)構(gòu)，由錨鏈將柱體底部的阻尼盤與海底相連，電機(jī)安放于柱體內(nèi)部，并通過浮子和柱體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)電。該裝置的技術(shù)難點(diǎn)在于要對(duì)浮體水動(dòng)力性能進(jìn)行精確控制，以提高裝置的能量吸收率。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]岸式振蕩水柱波能轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)值模擬[J]. 寧德志,石進(jìn),滕斌,趙海濤. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(07)
[2]Design of A Hydraulic Power Take-off System for the Wave Energy Device with An Inverse Pendulum[J]. 張大海,李偉,趙海濤,鮑經(jīng)緯,林勇剛. China Ocean Engineering. 2014(02)
[3]波浪能采集裝置技術(shù)研究綜述[J]. 李居躍,何宏舟. 海洋開發(fā)與管理. 2013(10)
[4]海洋可再生能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策建議[J]. 高艷波,柴玉萍,李慧清,陳紹艷. 可再生能源. 2011(02)
[5]海浪發(fā)電的現(xiàn)狀及前景展望[J]. 焦永芳,劉寅立. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2010(12)
[6]大力加強(qiáng)我國海洋能研究開發(fā)利用[J]. 徐錠明,曾恒一. 中國科技投資. 2010(03)
[7]我國海洋能研究與開發(fā)述評(píng)[J]. 蔣秋飚,鮑獻(xiàn)文,韓雪霜. 海洋開發(fā)與管理. 2008(12)
[8]世界波浪發(fā)電技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)[J]. 龔媛. 電力需求側(cè)管理. 2008(06)
[9]我國海洋能開發(fā)利用發(fā)展戰(zhàn)略研究的基本思路[J]. 趙世明,劉富鈾,張俊海,張智慧,白楊,張榕. 海洋技術(shù). 2008(03)
[10]柱對(duì)稱雙浮子波能裝置散射問題的解析方法[J]. 吳必軍,鄭永紅,游亞戈,孫曉燕,陳勇. 海洋學(xué)報(bào)(中文版). 2004(03)
博士論文
[1]浮力擺式波浪能裝置的水動(dòng)力性能研究[D]. 趙海濤.浙江大學(xué) 2012
碩士論文
[1]我國波浪能開發(fā)利用可行性研究[D]. 管軼.中國海洋大學(xué) 2011
本文編號(hào)：2900421
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