直驱式波能装置振动及转换效率分析

波浪能利用装置一般是利用振动来获取波浪能量,如鸭式装置、点吸收式装置。点吸收技术是世界上目前研究得比较热门的一类波浪能利用技术,漂浮直驱式波能装置是点吸收技术的一种。文章首先通过物理过程分析,把由双圆柱浮体构成的漂浮直驱式波浪能装置当成一个双自由度振动系统,建立系统振动方程;然后,运用势流理论求解由双圆柱浮体的垂荡辐射问题和绕射问题,求解出振动分析所需要的水动力学参数。考虑波浪能装置通过粘性阻尼吸收波浪能,利用求得的水动力学参数,设定的外部阻尼和弹簧弹性系数,可求解出此情况下水面浮体和水下浮体的相对运动幅值,进而求得装置的转换效率。给定模型尺寸参数,在一些确定的外部阻尼值和弹簧弹性系数点,分别通过变化外部阻尼和弹簧弹性系数,分析装置的振动特性以及转换效率的变化,从而在不同波况下选择适合装置的外部阻尼系数和弹簧弹性系数。     

一种多浮体铰接式波浪能装置的运动分析与俘获特性研究

基于线性势流理论，利用总模态法对多浮体铰接波浪能装置“海星号”在波浪中的运动开展水动力学系数计算；然后基于矢量力学建立多浮体刚体运动学方程，并结合几何约束条件开展动态响应计算，获得最优俘获效率和最优负载阻尼；最后比较并分析“海星”波浪能装置的多浮体俘获效率，获得“海星”多浮体做功的俘获特性。研究表明：“海星”波浪能装置的多浮体四向迎波设计可拓宽装置最优俘获频带宽度，提高装置整体俘获效率；正向迎波与背向迎波俘获波浪能方式相比，小周期情况下，正向吸波浮体俘获效率较高，随着周期增大，正向吸波浮体俘获效率开始降低，背向吸波浮体俘获效率开始增大，极大周期情况下，正向吸波浮体和背向吸波浮体俘获效率趋于一致且趋近于零。     

浮体绳轮波能采集技术的研究与试验

采用滚动导管机构消除前期浮体绳轮波能装置主绳缆与导绳器间的接触和磨损,利用真空气缸收绳机构提高装置的收绳能力和可靠性。为研究改进后浮体绳轮波能装置的采集效率,基于有限水深Airy波理论和莫里森方程,利用Aqwa和Orcaflex进后浮体绳轮波能装置的质量、阻尼系数、收绳力等关键参数进行优化。常见海况下的优化计算结果表明:改进后的浮体绳轮波能装置具有较高的波能采集效率,且小浪下的装置最优采集效率高于大浪下的装置最优采集效率。     

振荡滑杆式波能装置振动特性优化与试验

根据振动特性对振荡滑杆式波能转换系统进行优化,通过降低质量、增加弹性系数的方法减小吸波浮体运动与波浪的相位差,可实现波能捕获效率的提高。将优化前后的模型进行对比性试验,试验结果表明:低惯性波能转换装置水动力学响应明显优于普通惯性波能装置,波浪能俘获效率大幅增加,测得最优俘获宽度比由29.85%提升至51.73%,且对工作环境的适应性大大增强,能在不同波况下保持较高的能量转换效率。     

新型振荡浮体式并联海浪发电装置的设计与分析

运用并联机构型综合理论GF集设计出一种新型的并联海浪发电装置,利用线性微幅波理论和弗汝德-克雷洛夫假定法,建立垂直圆柱形浮体在海浪作用下的动态响应模型,求解出一定海洋环境下浮体的垂荡运动和摆动的规律,并对海浪发电装置机构运动学特性进行分析,求解出用于能量转换的6条并联液压缸的伸缩位移曲线.     

卷索点吸收式双浮体波浪能发电装置试验研究

点吸收式波浪能发电装置安装成本高、生存能力差,设计了伸缩卷索式双浮体波浪能发电装置.该装置上下浮体由伸缩卷索连接,将浮体间的多个自由度相对运动转化为电能.装置安装时不需要海底施工,同时浮体的分舱设计可以提高装置的海上生存能力和可靠性.考虑到我国部分海域的波浪特征,制作了比例尺为1:16的模型样机,并在武汉理工大学双试验...     

同轴双浮体波能装置最优获能研究

该文以同轴双浮体波能装置为研究对象,通过理论分析建立运动方程,求解线性能量摄取(PTO)作用下的最优阻尼系数及最大输出功率。同时探究了装置能量捕获的影响因素及控制策略,提出一种具有普遍意义的最优获能估算公式。研究结果表明:双浮体波能装置可通过调节PTO阻尼力使得获能最大化,且较单浮体装置具有更宽的能量俘获频率范围;不同PTO控制策略及水体粘性阻尼均对该类装置获能影响显著。     

直管型中心管波能模型的数值计算和实验研究

中心管波浪能模型利用浮体自身振荡运动吸收波浪能,使管内水柱产生相对运动,通过外加气动阻尼转换俘获的波浪能.运用HydroStar水动力学软件计算了直管型中心管模型在不同波况下的水动力学性能,对比分析了不同外加气动阻尼对模型俘获宽度比的影响,得到了最佳气动阻尼;研究了模型在3种不同总质量下的性能,得到了最佳响应波周期与模...     

振荡型波浪能转换装置中两种优化方法研究

该文基于线性波理论,从载体在波浪中的运动方程出发,以两种不同的优化角度推导了波能装置输出能量最大时的表现形式,最后以圆柱体作为波浪能转换的载体分析了两者方法的差异。数值计算表明在同一水深下,波能装置浮体的水线面决定了波能装置最优转换效率的趋势,而吃水深度决定了波能装置可达到的最大转换效率;对波能装置参数优化后运动在共振点的波能装置其转换效率并不是最大,而优化后的最大转换效率并不发生在共振点上。     

不同网格尺度对浮体水动力学性能的影响

鉴于网格尺度的选择对水力模型数值模拟的精确性和稳定性具有重要影响,应用FLOW-3D软件,采用RNGκ-ε紊流模型,利用VOF法追踪自由表面,对不同网格尺度下浮体结构的水动力学特性进行分析,重点对比网格尺度的选择对流体与浮体结构交界面的影响,同时给出了流速、流线、流量及自由表面的变化,并与试验结果进行对比,得到最优网格尺度。结果表明,当选用最小结构尺寸0.1倍的网格尺度模拟浮体结构时,不仅可以满足网格的独立性要求,而且与试验测量的各水力学要素精度误差都小于1.50%,从而为类似的数值模拟提供了一定的参考依据。     

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。     

筏摆混合式波浪能转换装置性能的数值研究

基于势流理论并引入粘性拖曳力,建立筏摆混合式波浪能转换装置的动力学模型。该装置由双浮体和单悬摆板铰接于一起的波浪能俘获系统和液压系统所组成。运用该模型研究能量输出系统、拖曳力系数、波浪要素和水流对装置性能的影响,阐明粘性对于此双俘能机制波浪能转换装置的影响规律。结果表明:与不考虑粘性所获得的结果相比,粘性对摆板纵摇运动的影响比对前、后浮体大;装置俘获宽度比的下降主要由于双浮体之间俘获能量的下降;在装置共振周期时,粘性对装置性能的影响最大,且随拖曳力系数和波幅的增加而单调增加。     

双浮体波浪能浮标水动力学性能试验

设计一种新型的双浮体波浪能浮标,由2个吸波浮体、主浮筒、水下附体等组成,采用液压式能量转换系统,单点系泊形式。为研究双浮体波浪能浮标的水动力学性能,开展了二维水槽的物理模型试验,试验结果表明:浮标具有良好的水动力学性能,达到较高的俘获宽度比,拥有2个共振频率和较宽的通频带,验证了设计方案的可行性。     

梯形摆式波能转换装置水动力性能研究

基于势流理论,采用频域方法对固定梯形摆式波能转换装置的水动力性能进行研究。由于摆式波能转换装置固有周期较长,在固有周期附近辐射阻尼系数较小,故波能转换效率并不高。在线性理论下研究波能转换装置的水动力性能时通常忽略非线性阻尼的作用,当波浪周期等于装置的固有周期且负载阻尼系数等于辐射阻尼系数时可获最大的输出功率。类似于船舶横摇,对摆式波能转换装置而言有必要考虑非线性阻尼的影响,分析非线性阻尼对最佳负载阻尼系数的影响及负载阻尼系数对摇幅及波能转换效率的影响。     

基于TLP系泊振荡浮子波能发电装置锚固性能研究

介绍锚固基础由潜浮体和张力筋腱组成的振荡浮子波能发电装置及10 k W海试样机。采用AQWA软件分析液压阻尼对装置的影响;运用TOPSIS评估方法探寻潜浮体的最优布置位置。研究表明:综合考虑装置位移响应、锚链张力和质量因素,潜浮体位置存在最优解。     

光伏海浪复合发电装置浮体形状研究

基于水上光伏发电和海浪发电技术,提出了一种浮子式光伏海浪复合发电方案。首先分析浮体在海浪中的运动特性及角度摆动规律,将浮体的沉升运动和角度摆动以简谐形式表达,然后结合倾斜表面上太阳辐射能的计算模型和浮体捕获海浪能计算模型,得出浮体的沉升运动为影响浮体捕捉海浪能的主要因素,并采用水动力仿真软件AQWA仿真分析了四种不同形状浮体在海浪中的运动特性。结果表明,圆柱形底浮体的沉升速度幅值和角度摆动幅值均最小,说明海浪对其运动状态影响最小;锥形底浮体的摆动角度较大,对浮体表面光照性能的影响较大;平底锥形和球面形底的浮体沉升速度较大,摆动角度相对较小,适合作为光伏海浪复合发电装置的浮体。     

底铰摆式波能装置在斜向波中的水动力性能

采用特征函数展开和二维格林函数相结合的方法求解底铰等厚度摆式波能转换装置水动力系数及斜向规则波作用下的波浪扰动力矩。二维积分方程中奇异积分项采用复变函数解析法求解,因此同时适用于有限厚度及薄壁底铰摆板的水动力计算。通过与文献及与AQWA软件水动力计算结果的比较,验证程序的正确性。类似于船舶横摇运动,在固有周期附近粘性阻尼对摆式波能转换装置的性能有很大影响。通过在运动方程中添加粘性阻尼项考虑粘性阻尼的作用,并在此基础上给出最佳负载阻尼系数的估算公式,分析波向角和波高对装置最佳转换效率的影响。     

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。     

实海况条件下磁流体波浪发电机的优化设计

以点吸收式波浪发电装置为例,考虑浮体和阻尼板在垂荡方向上的运动响应特性及磁流体发电机的发电特性,利用遗传算法优化不同规则波况下磁流体发电机的结构参数,得到装置投放于南海某岛屿附近时不同平均有效波高下的发电效率.然后,根据该岛屿全年波况的频率分布规律,计算得到全年发电量,年发电量最大时磁流体发电机结构参数最优.与传统按主...     

半潜式风流联合发电装置水动力性能分析

文章基于半潜式风流联合发电装置,以频域势流理论为基础,研究风流联合发电装置的频域水动力性能,得到了漂浮式载体在规则波中的运动响应RAO和水动力系数;根据载体频域分析结果、水轮机CFD数值模拟结果及风力机载荷特性确定装置的风、浪、流等载荷,利用Fortran编程对AQWA进行二次开发,计入附加的定常力及非定常力,并以此计算极限工况(破损自存工况)下,不规则波中的系统运动响应和系泊线张力。计算结果表明,该半潜式风流联合发电装置在极限工况下具有良好的水动力性能,设计安全可靠。