内置双摆主动共振波能技术

论文摘要

目前波能技术尚未成熟,没有商业化。现在研究主要集中在装置的布放、运维及输电系统等方面,这些技术已趋于成熟,接近商业化水平。但现有技术波能转换效率很低,已成为阻碍波能技术发展的瓶颈,提高波能技术的转换效率成为其关键问题。波能装置在共振状态下的俘能效率非常高,这已为理论和实验所证实,研究者为了利用这一机理做了大量的研究,然而现有的波能装置难以在实际海况下实现共振,显然其中的一些机理尚未厘清。主动共振波能技术针对波能转换机理开展了研究,形成了一套理论,基于该理论,提出了内置双摆主动共振波能技术,并设计了一台原型样机,提出了装置最优水动力学外形、导出了控制波能系统频率的调刚模型、给出了PTO（能量摄取系统,Power Take off）阻尼最佳控制模型及装置最佳运行方式。通过理论推导和数值仿真,证实了该装置的转换效率远高于现有装置,为波能技术商业化提供了理论和技术基础。主要成果有:（1）基于NS方程及其边界条件,以及多刚体动力学理论建立了波能装置动力学方程,通过波能装置物面条件建立流场与装置的耦合关系,研制算法编制程序,与课题组研制的数值波浪水槽程序一起,通过UDF技术加载到FLUENT软件上,形成了内置双摆主动共振波能技术数值仿真平台。（2）基于多刚体动力学理论和势流理论,建立了波能系统（装置+水）的动力学方程,通过对方程线性化,导出了装置的调刚模型,分析了调刚模型对水动力学参数的敏感度以及摆转动时引起的自振周期偏移率,并采用自由衰减实验和规则波激励实验验证了调刚模型的准确性。（3）通过求解线性系统的解析解,得到了波能装置PTO阻尼对俘能效率的影响规律,给出了最优PTO的理论解,同时考虑到装置设计的最大允幅,给出了波能装置最优PTO阻尼的实际控制策略。（4）通过数值实验验证了单点系泊系统可以有效控制装置的慢漂运动,并且对装置的运行稳定性和俘能效率几乎没有影响,是一种可行的系泊方案。（5）定点式为装置俘能效率最高的运行方式,在定点运行方式下,波能装置在不同海况下均可以保持较高的俘能能力,且安装技术较为成熟,是一种可实现的波能利用方案。（6）研究了装置在非规则波下的俘能效率,同时基于半功率带宽方法,提出了较为合理的俘能效率计算方法,通过该方法可以更加客观的评判波能装置在非规则波况下的俘能能力。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵世桥

导师: 蔡元奇

关键词: 波能转换,振荡浮子,效率,主动共振,调刚模型,阻尼优化,水动特性优化,单点系泊

来源: 武汉大学

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: 武汉大学

分类号: P743.2

总页数: 87

文件大小: 2335K

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