振荡浮子式波浪能发电装置水动力性能数值研究

论文摘要

面对化石燃料紧缺以及污染等诸多问题,发展可再生能源正成为当下社会的重要课题之一。海洋占地球表面积的71%,其中蕴藏着大量的可再生能源,波浪能就是其中重要的组成部分,波浪能发电装置是海洋可再生能源研究中的一个方向。随着多年的发展,波浪能发电装置在不断演化,其中振荡浮子式波浪能发电装置发电效率高,设备布置灵活,成为了波浪能发电装置研究的热点之一。对于波浪能发电装置,研究的重点在于效率和可靠性两个方面。效率是指波浪能装置所能捕获波浪能量的多少,可靠性是指波浪能装置在极端海况下的生存能力。本文应用基于开源CFD软件OpenFOAM开发的船舶与海洋工程求解器naoe-FOAM-SJTU以及势流计算软件AQWA,基于效率和可靠性两个关键因素,对水平圆柱形振荡浮子式波浪能发电装置的水动力学响应进行了研究。本文对波浪能发电装置内部的能量输出系统（power take-off system）的物理模型进行了简化,将该系统作用于浮子的负载简化为线性的阻尼力,并忽略了能量在二次转化中的损耗。首先对无负载浮子的水动力性能进行了研究,采用波浪计算软件waves2Foam进行造波,并将CFD结果和势流结果与试验进行了对比,验证了数值方法的准确性。研究了有负载单浮子装置水动力性能的影响因素。对不同直径浮子在规则波中的运动进行模拟,对比了不同直径下能量转化效率的差别;研究了负载对浮子水动力性能的影响,分析了浮子的受力特点;与势流结果相对照,研究了浮子在不同周期的波浪中的水动力性能变化。对单浮子装置在聚焦波中的水动力性能进行了研究。分析了聚焦波中浮子运动对自由面的影响;在浮子表面设置测压点,对浮子表面压强分布情况和浮子的受力特点进行了分析。最后,对双浮子波浪能发电系统水动力性能进行了分析。研究了双浮子在不同周期的波浪中相互作用规律,发现了系统能量转化效率的变化特点,讨论了提高系统能量转化效率的方法。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王帝

导师: 陈飞儿

关键词: 波浪能,水动力性能,能量转化效率,求解器

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 上海交通大学

分类号: P743.2;TM612

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.000765

总页数: 84

文件大小: 4524K

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