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波浪能浮子摆杆系统的水动力特性研究

2020-12-08阅读(422)

波浪能浮子摆杆系统的水动力特性研究

论文摘要

随着世界经济的发展,人类对能源的需求与日俱增,然而化石燃料的过度开采已引发多次全球能源危机。波浪能作为一种可再生能源,由于其分布面广、蕴藏量大、能流密度高等特点,逐渐受到全社会的关注。本文对一些常见的波浪能发电装置进行分类,对比分析了各自的工作原理及优缺点,介绍了国内外波浪能发电技术的研究现状。结合我国的实际海况,设计出了一种波浪能浮子摆杆系统。该装置采用双向液压缸并联的方式来提高波浪能转换效率,整个装置除振荡浮子需要浸没在海水中,其余零部件均安装在岸上,可以有效避免海水的侵蚀。本文主要研究内容如下:(1)主要介绍了两种常用的波浪理论,微幅波理论和随机波理论,并在此基础上推导规则波和不规则波的能量输运方程,分析了波高、周期以及水深对波浪能量输运的影响。(2)自主设计了波浪能浮子摆杆系统,对浮子在水域中受到的几种波浪力做了详细介绍,最后对整个系统建立数学模型。在MATLAB软件中使用龙格库塔法求解微分方程,画出摆杆转角、角速度随时间的变化曲线。(3)基于AQWA软件系统分析了不同半径的圆柱浮子、不同质量的圆柱浮子、不同角度的锥底浮子的水动力性能;设计出多球底振荡浮子与传统的球底浮子进行对比,深入探究球底个数及分布对浮子水动力性能的影响,并择优选出锥底、圆柱、球底三类浮子中性能较好的进行横向对比;对三类浮子分别在规则波和不规则波中进行时域分析,对比相同波浪环境中不同浮子的垂荡位移、运动速度及加速度。(4)搭建波浪能浮子摆杆结构的液压系统,介绍液压系统的组成元件及其工作原理,通过AMESim软件分别对液压系统在规则波与不规则波的工作环境中进行仿真计算,对计算结果进行分析并提出改善方案。(5)选出水动力性能较好的振荡浮子,结合液压系统搭建实验平台进行实验,计算浮子的捕获宽度比及发电效率,实验结果充分验证了结构设计的合理性。将实验成果与前人的研究进行对比,分析差异,提出改进措施。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景和意义
  •     1.1.1 研究背景
  •     1.1.2 研究意义
  •   1.2 波浪能资源及其分布
  •     1.2.1 世界波浪能分布
  •     1.2.2 我国波浪能分布
  •   1.3 波浪能转换装置概述
  •     1.3.1 波浪能发电装置分类
  •     1.3.2 国内外波浪能发电装置研究现状
  •   1.4 本课题研究内容
  • 第二章 流体波动与能量输运
  •   2.1 波浪理论
  •     2.1.1 微幅波理论
  •     2.1.2 随机波理论
  •   2.2 波浪能的运输
  •     2.2.1 规则波的能量输运
  •     2.2.2 不规则波的能量输运
  •   2.3 影响波浪能量输运的因素
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 转换装置的结构分析与建模
  •   3.1 流场坐标系与计算域的定义
  •   3.2 速度势的分解和定解条件
  •   3.3 浮子在流域内的运动响应
  •   3.4 捕获宽度比
  •   3.5 浮子摆杆系统结构分析与建模
  •     3.5.1 浮子摆杆系统结构分析
  •     3.5.2 浮子摆杆系统的力学建模
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 浮子形状参数对装置水动力性能的影响
  •   4.1 圆柱浮子的水动力性能分析
  •     4.1.1 不同半径的圆柱浮子
  •     4.1.2 不同质量的圆柱浮子
  •   4.2 圆锥浮子的水动力性能分析
  •   4.3 球底浮子的水动力性能分析
  •     4.3.1 不同个数的球底浮子
  •     4.3.2 不同分布的球底浮子
  •   4.4 不同形状的浮子水动力性能分析
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 液压系统的设计与实验
  •   5.1 液压系统组成及工作原理
  •     5.1.1 系统组成
  •     5.1.2 工作原理
  •   5.2 液压仿真与结果分析
  •     5.2.1 液压系统模型建立
  •     5.2.2 仿真结果分析
  •   5.3 波浪能发电试验
  •     5.3.1 实验目的与原理
  •     5.3.2 实验流程
  •     5.3.3 实验数据处理
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 曹灿

    导师: 陈启东

    关键词: 振荡浮子,波浪理论,频域分析,时域分析

    来源: 苏州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 海洋学,水利水电工程,新能源,电力工业

    单位: 苏州大学

    分类号: TM612;P743.2

    DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.001081

    总页数: 81

    文件大小: 6059K

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