双矩形浮子波能装置散射问题解析解及波浪力特性

基于特征函数展开法,求解线性入射波作用下双矩形浮子波能装置的散射问题,得出绕射速度势的一种新解析式,并由绕射势和入射势计算出波浪激励力。采用边界元数值方法对相同算例进行计算,结果可验证该文方法的正确性。研究探讨了双矩形浮子波能装置浮子间距对浮子波浪力的影响。     

单浮筒振荡浮子式波浪能装置的动力特性分析

针对振荡浮子式波浪能利用技术,提出一种单浮筒式波浪转换设计方案,对单浮筒随波浪的运动特性展开研究,将波浪能转换为振荡浮筒的摆动机械能,传递给PTO能量转换系统。通过采用Star-CCM流体仿真软件分析浮筒装置在不同PTO能量转换系统参数下的运动特性及受力情况,得到不同弹簧阻尼工况下浮筒装置的运动特性,以期为波浪能技术的装置结构优化及真实海况运行提供理论基础。     

基于链条传动的振荡浮子发电装置转换性能试验研究

针对振荡浮子式波浪能发电系统中波浪能的俘获及传递效率较低的问题,文章设计了一种基于链条传动的波浪能转换装置。该装置以链条传动的结构形式将波浪力推动浮子的上下运动转换为链轮的旋转运动,并输出扭矩,从而带动发电系统发电。文章对基于链轮链条传动的振荡浮子式波浪能转换装置的随波特性及能量转换特性进行了研究,研究结果表明:基于链条传动的振荡浮子的随波特性和能量转换特性良好;随着波浪环境的变化,振荡浮子会出现自振动现象;适当增加振荡浮子的质量,能有效提高波浪能的俘获效率,从而提高系统的发电效果;基于链轮链条的传动结构设计存在速度突变现象,合理设计链轮链条之间的啮合间隙,增加链传动的张紧装置,能减缓链条链轮之间的冲击,从而延长装置的使用寿命。     

串联直驱浮子式波浪能发电装置能量捕获研究

以振荡浮子式波浪能发电装置为研究对象,探讨在串联不同数量直线发电机的情况下装置在规则波中的能量捕获情况。基于势流理论,并考虑垂荡运动,建立浮子与电机的耦合运动方程,应用四阶龙格库塔法数值求解,得到能量捕获宽度比,并对能量输出系统质量比和弹簧刚度系数的影响进行研究,对串联不同数量直线发电机情况下能量捕获的差异进行分析。结果表明:适当选取参数,串联装置可在波浪频率较低时比单个发电机的装置捕获更多能量,同时能量吸收频谱带宽增加。     

一种基于弹簧振子的波浪发电装置

通过对波浪发电的现状、发展趋势以及波浪的特性进行分析,提出了一种采用弹簧振子作为动子的直线发电装置。通过对该装置自身结构进行简化分析并对其建立数学模型;根据线性波理论给出的波浪力与时间的关系建立数学模型的微分方程;在对该微分方程进行拉普拉斯(laplace)变换整理后再进行拉普拉斯反变换,得到发电机的动子与定子相对位移随时间的变化关系,进而得到发电装置的发电功率,并选取参数采用matlab软件进行仿真模拟,绘制位移-时间图和P-c-k关系曲线。结果表明,在设计参数下装置发电功率可达到78.6 W。     

阻尼板式波浪压电换能装置研究

设计一种阻尼板点吸收式波浪压电发电装置;建立系统的动力学模型,采用基于格林函数的高阶边界元法对装置浮体的水动力学系数和波浪力进行计算;通过数值仿真方法分析波高、波浪周期、阻尼板尺寸和弹簧刚度对装置性能的影响。研究结果表明,浮漂体与阻尼板之间的相对位移幅值随着波高的增加几乎是线性增加的;相对位移幅值随波浪周期变化的规律与波浪力大小随波周期变化的规律一致,当周期达到4.5 s时相对位移幅值最大,然后趋于稳定;在弹簧刚度k=150 N/m的情况下,当阻尼板尺寸为L=0.35 m时相对位移幅值最大。可为进一步设计样机提供理论参考。     

鹰式波浪能装置旋转碰撞的损伤分析

基于鹰式装置实海况试验时限位梁被撞坏的案例及显式非线性有限元法,研究了限位梁的破坏机理,并改进了装置的限位方案。对鹰头吸波体与限位梁的碰撞过程进行了仿真分析,吸波体及限位梁分别采用刚体和弹塑性材料进行模拟,并考虑了吸波体及限位梁运动惯性的影响,获得了能量分布曲线、结构应力分布及变形图、撞击力?位移曲线等结果,仿真结果与限位梁实际损坏情况较吻合。调整了防撞块的材料类型和间距,分析可知,利用碰撞对吸波体进行限位容易使限位梁发生屈服失效;而通过增加蓄能器的使用容积来存储吸波体多余动能的方案可有效保护装置不被破坏。     

新型海岸波浪发电装置的设计与分析

提出一种由发电机、蓄电装置、增速齿轮组、主轴、多组组件组成的利用波浪能发电的装置。多组组件安装在主轴上,每一组件包括弹簧外卡环、扭转弹簧、卷筒棘轮机构、浮子、绳子和定滑轮,当浮子随波浪上下浮动时,卷筒正反转,扭转弹簧提供卷筒反转的力,利用棘轮机构的单向运动特性、多组组件及增速齿轮组保证电机主轴连续单向高速旋转,达到发电目的。卷筒是该装置的主要受力部件,文中对其建立了有限元模型、进行了受力计算及边界条件的确定,应用simulation进行有限元分析,结果表明,对于给定的条件,卷筒刚度和强度均满足要求。     

基于风电场海域海况的波能浮子阵列发电功率优化

  目的  为了响应国家集约用海，发展清洁能源，助力碳中和，对海上风电-波浪能装置多能融合模式进行初步分析，对波能浮子进行优化设计，以获得更高的功率输出。  方法  依据势流理论，对漂浮式风机平台-波能浮子阵列进行仿真计算，分析浮子的外形尺寸和固有周期对浮子的输出功率的影响。  结果  仿真结果表明:同一固有周期下，波能浮子越扁平，波能浮子阵列的总发电功率越大，且浮子的经济性差异很小。对于海况下，不同固有周期的波能浮子阵列经济性差异较大，因此要综合分析考虑。  结论  在已知海域海况条件下，可以通过对波能浮子固有周期和外形尺度进行优化设计，使波能浮子获得更高的功率输出，提高单位海域能量产出。     

漂浮式波浪能发电平台船艏楔形角及浮子质量的优化研究

基于漂浮式波浪能发电平台,通过对船艏楔形角及浮子质量的优化,以提高漂浮式波浪能发电装置的波浪能采集效率。对发电船及浮子阵列部分建立了数值模型,进行了相关参数设置及有限元网格划分,采用水动力分析软件AQWA对该模型进行了水动力时域仿真模拟,分析讨论了不同船艏楔形角和不同浮子质量对波浪能采集效率的影响。结果发现:沿波浪的传递方向,各浮子的采能效率依次减少,并且减小的幅度逐渐增加;综合考虑该平台状况和波况,浮子质量越小,船艏楔形角越大,波浪能的采集效率较高。     

一种漂浮铰接式波能装置的水动力学研究

主要研究包含水面浮体和水下浮体两部分的一种铰接式波能装置。由于其外形较复杂,为了计算得到波能装置的水动力学系数和波浪激励力,采用基于三维面元法的Hydrostar软件进行水动力学计算。对铰接式波能装置进行受力分析得到装置的力学方程。最后通过适当选取弹簧弹性系数和外部阻尼系数,可求得优化的水面浮体和水下浮体的相对运动幅度以及装置的俘获宽度比。     

基于链轮链条传动的振荡浮子运动性能仿真研究

文章提出了一种基于链轮链条传动的振荡浮子式波浪能转换装置,该装置可提高二级能量转换过程的效率。文章首先介绍了链轮链条传动的工作原理,并对浮子在链轮链条作用下的受力情况进行了分析;然后以链轮链条传动的振荡浮子运动性能为主要研究内容,利用Matlab/Simulink软件仿真分析了浮子在不同波高及加载条件下的运动位移和速度变化情况,并通过水工物理模型试验进行了对比验证。仿真与试验结果表明:链轮链条传动方案具有高效性及可行性,可为该类装置的设计优化提供参考依据。     

近海风力机在极限波浪作用下的初步计算分析

考虑风、浪的联合作用,建立了近海风力机组的系统载荷模型.根据基于流函数理论非线性规则波的仿真方法以及Morison方程,采用C 与Fortran语言混合编程开发了极限波浪力的仿真计算程序.应用该程序对一非线性规则波进行了仿真计算,其计算结果与国外文献的波浪仿真计算结果进行比较,取得了良好的一致性,从而验证了极限波浪力的仿真计算模型;最后应用开发的程序对在波浪作用下的塔架实例的极限波浪力进行了计算.     

多点直驱式波浪能发电系统仿真分析与试验研究

提出并设计多点直驱式波浪能发电系统,该系统可同时利用多个振荡浮子收集海面上不同位置的波浪能并转化为电能。建立该系统的数学模型,进行计算机仿真分析,并搭建实验室试验平台。试验结果表明该系统能实现多个振荡浮子波浪力矩的耦合叠加,试验结论与仿真分析一致,验证了多点直驱式波浪能发电系统的可行性,为实海况实验提供了理论依据。     

直驱式波浪发电系统功率优化鲁棒控制

为应对海洋复杂波浪环境,改善不规则激励力下直驱式波浪发电系统的功率捕获效果,降低参数变化影响,建立水动力和直线电机模型,采用线性二次型调节器方法设计系统状态反馈,通过控制代价方程中的权重矩阵,权衡系统输出功率、运动部件位移和速度三者之间的关系;计算理想电磁力,得到q轴期望电流跟踪值。根据系统摄动数学模型,将控制器设计问题转化为H∞鲁棒控制标准型问题,通过选取适当权函数求解控制器参数,增强系统抗干扰能力。仿真结果表明,在浮子位移和速度受限制情况下,当系统模型存在参数摄动时,所提控制策略系统输出功率更高、鲁棒性更强,可较好地应对复杂海况,提高波能转换效率。     

浮力摆式波浪能发电装置试验系统研究

提出基于液压传动的可模拟波浪载荷之浮力摆式波浪能发电装置试验系统设计方案并介绍该系统的工作原理。通过数值模拟的方法进行浮力摆上的波浪载荷计算;通过搭建液压系统对作用于浮力摆式波浪能发电装置的波浪载荷进行模拟,对其进行建模仿真,并完成该试验系统的搭建及半物理仿真试验。试验结果表明:所提出的浮力摆式波浪能发电装置试验系统能较好地模拟波浪力作用在浮力摆上的载荷,可稳定输出电能。     

新型风浪联合发电浮式平台浮筒-立柱-浮子多尺度流场演化与荷载特性

风能波浪能联合发电是实现“海上风电+”融合发展的最新模式,而风浪联合发电结构浮式平台中浮筒、立柱和浮子存在不同尺度的圆柱间干扰效应,对整个结构体系的荷载分布和整体稳定影响不可忽略。提出一种适合中国南海海况的新型风能-波浪能联合发电结构体系,再基于延迟脱体涡模拟方法分析平台内部波浪场演化过程,揭示平台区域水质点能量分布特性以及多浮体干扰机理,最后对比研究浮子对风浪联合发电平台水动力荷载的影响特性。结果表明:浮子的存在影响到两种平台各区域的水体能量变化,最大能量分布区域由波浪传播起始位置区域转变为浮子影响下波浪非线性干扰强烈的区域;浮子顺向波浪力最高达到8.27×10⁵量级,较单浮子增幅22.3%,风浪联合发电平台中间立柱顺向波浪力极值荷载较半潜式平台减幅11.3%,但使得平台立柱所受顺向波浪荷载能量部分往高频转移。研究结论可为此类新型风浪联合发电结构体系水动力荷载设计提供科学依据。     

点吸收式振荡浮子水动力学影响因素研究

基于势流理论建立浮体的水动力运动方程,并以该运动方程为基础对不同外形参数的浮子进行建模仿真,研究单个振荡浮子在频域下的水动力性能。主要利用水动力分析软件AQWA分析浮子底部形状、直径、吃水和重心位置变化对浮子RAO、波浪激励力、辐射阻尼系数、附加质量等水动力参数的影响,并与最近相关文献的结果进行对比。发现圆柱底浮子的性能较优,且相对浮子半径和阻尼的影响,浮子重心改变对于垂荡运动影响较小,相关计算结果可为浮子结构优化及阵列的分析提供指导。     

新型双浮体波浪能发电装置的频域分析与试验

针对海洋监测活动的需求,提出运用一种新型的双浮体波浪能发电装置(WEC),并应用基于三维势流理论的有限元软件AQWA对装置的垂荡特性进行了频域分析,即采用无阻尼的质量弹簧系统共振理论对能量转换装置(PTO)刚度和阻尼进行优化,分析了入射波浪频率和浮体初始吃水深度对装置的影响。结合我国渤海区域特定波况取相似因子为1∶15,对该双浮体波浪能发电装置进行了模型设计,并在华南理工大学造波水池进行试验,结果显示该装置在规则波作用下俘获宽度比达1.433,具有实际应用意义。     

基于Matlab设计海洋浮子振幅放大传动装置

波浪能是一种可利用的新型的可再生能源,具有广阔的开发前景。但是利用波浪发电装置的效率低而成本高,为提高波浪发电装置的发电效率,设计出一套浮子式波浪能发电装置的浮子振幅放大机构。详述海洋浮子振幅放大传动装置通过利用海浪水平方向上的动能转化为定子铁心在竖直方向上的动能,增大了波浪能发电装置切割磁感线的有效行程,从而增大了发电效率;利用Matlab仿真不同海况下装置转化情况,模拟仿真分析主要影响因素,证明通过在传统波浪发电装置中安装该机构可以明显提高波浪发电装置的效率,给出工程应用依据。