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最佳吸能条件下波能点吸式浮体的水动力特性研究

2020-12-02阅读(604)

最佳吸能条件下波能点吸式浮体的水动力特性研究

论文摘要

随着世界经济的迅猛发展,全球资源的消耗不断增加,然而作为不可再生的化石能源总量储备有限。因此寻找新型能源的任务迫在眉睫,开发和利用可再生能源成了全球人类的共识。波浪能作为一种清洁,无污染的可再生能源具有很好的开发前景。因此各种类型的波能转换器已开始逐渐研制,其中点吸式波能转换器因其体积小,吸能效率高等优势获得了有关波能学者的青睐。本文针对波能点吸式浮体的水动力特性展开系统的研究,利用AQWA对浮体的水动力进行计算,利用MATLAB为相应的研究参数绘制了可用于设计的图谱,分析了不同参数下浮体水动力性能的变化规律。首先,对世界波浪能资源的分布,波能发电装置的分类以及点吸式波能装置的研究现状进行了系统的描述,并对浮体在波浪中运动的基本方程,边界条件等进行了理论分析,对浮体吸能特性,振荡行程等的求解过程进行了说明。其次,针对浮体做单自由度升沉运动的水动力特性随浮体直径以及圆柱吃水的变化规律进行了分析。通过插值得到浮体自然频率与波浪频率耦合的共振频率,经过无量纲化后绘制共振周期图谱并进行了分析同时拟合共振周期公式。基于共振频率,对浮体的相对带宽和振荡行程绘制图谱并进行了分析。通过分析得出浮体做升沉运动相应的一些结论。然后,对浮体做复合运动的水动力特性进行了分析,同时基于共振频率,对浮体的PTO阻尼,输出功率等进行了分析,得出复合运动各模态的输出功率小于单自由度运动的输出功率,但总的输出功率较大。此外对浮体的设计参数进行了分析,为浮体实现复合运动提供了横荡刚度的数据。最终探讨了浮体升沉阻尼等于横荡阻尼的复合运动特性,为今后点吸式波能装置的设计提供一定的参考。最后,对做升沉运动浮体的阵列排布纵横间距进行了研究。通过改变浮体之间的纵横间距,分析阵列单浮体输出功率与无阵列单浮体输出功率的比值,进而得出符合个体最佳吸能状态的最佳间距。此外,根据振荡行程和相位角的变化情况对做复合运动浮体的运动轨迹进行了分析,得出了浮体处于最佳吸能状态下的最佳运动轨迹。

论文目录

  • 中文摘要
  • abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题研究的背景
  •   1.2 课题研究的目的及意义
  •   1.3 波浪能资源分布
  •   1.4 国内外研究现状及存在的问题
  •     1.4.1 波能装置的分类
  •     1.4.2 波能技术的发展
  •     1.4.3 点吸式波能装置的研究现状
  •     1.4.4 存在的问题
  •   1.5 本文研究的内容及创新点
  •     1.5.1 研究内容
  •     1.5.2 创新点
  • 第2章 点吸式波能装置理论分析
  •   2.1 装置计算模型分析
  •   2.2 浮体水动力基本方程
  •     2.2.1 运动方程
  •     2.2.2 速度势方程和边界条件
  •     2.2.3 一阶波浪力方程
  •     2.2.4 平面波能传递方程
  •   2.3 浮体吸能特性分析
  •     2.3.1 单自由度吸能特性分析
  •     2.3.2 双自由度吸能特性分析
  •   2.4 浮体振荡行程分析
  •     2.4.1 单自由度运动振荡行程分析
  •     2.4.2 双自由度运动振荡行程分析
  •     2.4.3 振荡行程的无量纲化分析
  •   2.5 浮体PTO阻尼力分析
  •   2.6 本章小结
  • 第3章 浮体单自由度运动性能分析
  •   3.1 浮体升沉运动水动力特性分析
  •     3.1.1 圆柱直径对浮体水动力特性的影响
  •     3.1.2 圆柱吃水对浮体水动力特性的影响
  •     3.1.3 浮体升沉运动响应分析
  •   3.2 共振周期分析
  •   3.3 浮体升沉运动设计参数分析
  •     3.3.1 浮体相对带宽分析
  •     3.3.2 浮体振荡行程分析
  •   3.4 本章小结
  • 第4章 浮体双自由度运动性能分析
  •   4.1 浮体横荡模态水动力特性分析
  •     4.1.1 圆柱直径对水动力特性的影响
  •     4.1.2 圆柱吃水对水动力特性的影响
  •     4.1.3 浮体横荡运动响应分析
  •   4.2 浮体PTO阻尼及功率响应算子RPO分析
  •     4.2.1 浮体PTO阻尼分析
  •     4.2.2 浮体RPO及输出功率分析
  •   4.3 浮体双自由度复合运动设计参数分析
  •     4.3.1 横荡刚度分析
  •     4.3.2 横荡相对带宽分析
  •     4.3.3 升沉模态振荡行程分析
  •     4.3.4 横荡模态振荡行程分析
  •   4.4 探讨浮体升沉阻尼等于横荡阻尼的复合运动特性
  •     4.4.1 浮体自然频率分析
  •     4.4.2 升沉模态水动力分析
  •     4.4.3 横荡模态水动力分析
  •     4.4.4 浮体刚度分析
  •   4.5 本章小结
  • 第5章 浮体阵列排布及运动轨迹分析
  •   5.1 阵列排布的浮体选取
  •   5.2 浮体阵列排布横向间距分析
  •   5.3 浮体阵列排布纵向间距分析
  •   5.4 浮体复合运动的运动轨迹分析
  •   5.5 本章小结
  • 第6章 结论与展望
  •   6.1 主要结论
  •   6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 在校期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 薛继阳

    导师: 熊鳌魁

    关键词: 点吸式,波浪能,共振频率,水动力特性,阵列间距

    来源: 武汉理工大学

    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: 武汉理工大学

    分类号: P743.2

    DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.001304

    总页数: 95

    文件大小: 4217K

    下载量: 18

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