二维新型摆式波能转换装置数学模型及解析方法研究

论文摘要

海洋波浪能作为一种清洁可再生能源,是新能源开发的一个主要方向。浮力摆式波能转换装置具有转换效率高、抗波浪能力强、扩展性好的特点,因此具有很好的开发前景。研究摆式波能转换装置时,其水动力系数相关的基础研究是必不可少的。本文是针对固定式的摆式波能转换装置进行研究,主要研究如下:1.本文在已有的底铰摇板式装置的基础上,针对该装置的能量损耗以及水动力特性,设计了一种新型高效的摆式波能转换装置,并针对该装置建立了运动学、动力学和能量转换的数学模型;2.针对运动学及动力学的数学模型,建立了新型摆式波能装置的解析求解方法,并推导出了该装置的水动力系数、转角幅值、所受到的力矩以及装置俘获宽度比的解析表达式;3.在本文新型摆式波能装置的解析解给出之后,针对水动力系数、转角幅值的解析解,给出对应的仿真计算,针对图像简要分析装置的水动力系数与水深的关系、纵摇RAO与装置参数的关系。这些在最终研究俘获宽度比与各参数的关系时,给出一定的参考价值;4.针对板密度,刚度系数,水深等参数的改变来研究装置俘获宽度比随之改变而发生的变化,进而对摆式波能装置的性能进行分析。最后,对已有装置与新型装置的俘获宽度比进行比较,来验证本文装置的实用性。

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摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 摆式波能装置研究现状

1.2.2 波能装置解析方法研究现状

1.3 本文结构安排

第2章相关的基础知识

2.1 相关的定理及定义

2.2 势流理论基础知识

2.2.1 无界流中运动物体受力分析

2.2.2 线性自由面条件和速度势表达式

2.2.3 浮体在规则波中线性响应的定解条件

2.3 数学相关基础知识

2.3.1 齐次方程的分离变数法

2.3.2 柱函数中相关函数介绍

2.3.3 常系数线性微分方程与欧拉方程

2.4 本章小结

第3章新型摆式装置水动力系数的解析解

3.1 引言

3.2 底铰摇板式波浪能装置

3.3 新型摆式装置水动力系数研究

3.3.1 新型摆式装置区域Ι中水动力系数解析解推导

3.3.2 新型摆式装置区域Π中水动力系数解析解推导

3.3.3 数值计算

3.4 本章小结

第4章新型装置俘获宽度比的计算及分析

4.1 转角幅值解析解

4.2 纵摇RAO数值计算

4.2.1 纵摇RAO与水深的关系

4.2.2 纵摇RAO与摆板厚度的关系

4.2.3 纵摇RAO与摆板密度的关系

4.2.4 纵摇RAO与 PTO阻尼的关系

4.2.5 纵摇RAO与弹簧刚度系数的关系

4.3 新型装置俘获宽度比解析解

4.4 俘获宽度比数值计算

4.4.1 俘获宽度比与水深的关系

4.4.2 俘获宽度比与摆板厚度的关系

4.4.3 俘获宽度比与摆板密度的关系

4.4.4 俘获宽度比与PTO阻尼的关系

4.4.5 俘获宽度比与弹簧刚度系数的关系

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王玲玲

导师: 张晓威

关键词: 摆式波能转换装置,数学模型,解析解,水动力系数,边界条件

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: P743.2;P742

总页数: 66

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