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《华北电力大学(北京)》 2019年
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阵列悬臂式振荡浮子波能转换装置特性和优化设计研究

张增明  
【摘要】:在新型可再生清洁能源,波浪能作为其中的一种,不但有丰富的蕴藏量,而且具有十分广泛的应用前景。随着全世界对波浪能的开展重点开发工程,到今天已经研发出了多种形式的波浪能转换装置,大量应用于发电和海水淡化场景中。在这些波能转换装置中,因振荡浮子式波能转换装置有结构小、、布置灵活、效率高、应用方便等特性备受各个国家的关注。为了更高效地利用和开发海域内的波浪能资源,需要分析该海域内所布置的最优浮子结构的波能转换装置阵列的运行特性,为了在相同海域面积内达到最大波能转换效率。因此,阵列化悬臂式振荡浮子波能转换装置的波能转换特性对波浪能的开发利用具有重大的意义。本文中采用了数值模拟的研究方法,探究了单浮子波能转换装置运行特性和阵列浮子波能转换装置运行特性。本文首先介绍总结了微幅波理论、波浪的总能量以及阵列中的辐射和绕射的相关理论,悬臂式振荡浮子波能转换装置的结构和工作原理,以及对波浪和振荡浮子的运动特性进行分析。介绍了基于FLOW-3D仿真计算软件的流体运动控制方程和悬臂式振荡浮子波能转换装置的运动模型。利用FLOW-3D软件进行数值仿真计算,分析了波浪参数对悬臂式振荡浮子系统能量转换的影响规律,以及在固定波况下,双行程做功的最佳匹配的浮子初始吃水深度和模拟负载阻尼系数。对椭球型阵列悬臂式振荡浮子参数进行优化设计,通过设置系列仿真算例,分析在固定波况下,波浪与浮子耦合作用下的阵列浮子周围流场变化规律,并结合线性波的理论分析,得出耦合波浪中水质点的运动规律和波浪速度场分布矢量云图。考虑有漂浮平台下,悬臂式阵列浮子与平台之间的距离作为变化参数进行多个算例,分析阵列浮子装置的波能转换特性,并得到最优的浮子与平台之间的距离。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM612;P743.2

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