水平圆柱形点吸式波浪能发电装置运动响应数值模拟

研究点吸式波浪能装置的水动力学特性是研究波浪能装置的重点。该文应用基于开源CFD软件OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,研究水平圆柱形点吸式波浪能发电装置的运动响应和能量吸收特性。对无阻尼浮子在波浪中的响应进行模拟,并与实验结果进行对比,验证了数值方法的可行性。对单圆柱和双圆柱在波浪中的位移响应和能量吸收功率进行了计算和分析。结果显示:在一定周期范围内,有阻尼单圆柱运动幅值随波浪周期的增加而增加,能量转换效率随周期的增加而降低;双圆柱运动和能量响应呈现一定的周期性特点,通过合理布置可以有效提高系统整体能量吸收效率。     

新型波浪能发电装置的运动学分析

以开发利用海洋中的波浪能为要求,本文设计了一种漂浮式波浪能采集装置的新型波浪能发电系统。描述了装置的工作原理。并采用UG软件仿真对装置进行了运动学分析,仿真计算了该装置不同速度输入函数和恶劣海况条件下的传动性能,对传动过程的传递效果进行验证。研究结果表明:实验装置附加各类常见速度函数工作状态正常。实用性能高,对海况条件有较好的适应性。仿真效果与理论计算有较好的一致性,对漂浮式波能发电装置理论研究具有指导意义。     

摇摆式波浪能发电装置模型研究

波浪能是指波浪表面所具有的动能和势能。尽管波浪能是一种不稳定的能源,但海洋中波浪能巨大而丰富。文章设计了一种摇摆机械式波浪能转化发电装置,将波浪能转化为电能,并测量计算了该装置的转化效率。实验结果表明:该装置的整体转化效率可达到45%以上,具有一定的应用潜力;发电机系统的功电转化效率与系统的负载关系很大,选择合适的负载,可使系统功电转化效率保持在较高水平。     

永兴岛能源现状及波浪能资源初步评估

对永兴岛能源供给现状及存在的问题进行了分析,并采用TOMAWAC波浪模型对永兴岛附近海域的波浪条件和波浪能分布规律进行分析。结果表明,永兴岛现有供能方案不能满足其发展需要,开发波浪能潜力巨大。永兴岛附近海域的波浪呈现明显的季节性分布,冬季的有效波高、平均周期和波能流密度都较大,而夏季则较小。从波向上来看,永兴岛附近海域常浪向为NE～ENE,在20年波浪资料中占比53. 8%。波能流密度20年均值为14. 6k W/m,约有75%的时间波能流密度大于2 k W/m,约有15%的时间波能流密度大于20 k W/m。     

双浮体自由垂向振荡响应特性

双圆柱体系统在波能装置和防波构件中得到应用，该系统是一个多自由度受迫阻尼振荡系统，阻力和激励力都来自于波浪力。本文采用线性波理论和特征函数展开皮配法，在平面入射波条件下，求解了双圆柱体垂荡运动辐射速度势和圆柱体固定不动时的绕射速度势，推导了附加质量、阻尼系数、波浪激励力表达式，列出了浮体垂荡运动微分方程。最后讨论了下浮体尺度及位置对系统响应特性的影响。数值计算表明无论下浮体尺度及位置如何变化，它只影响到浮体垂荡响应在低频端的值，下浮体的振幅值总是小于入射波的振幅值，而且它在一个较窄的频率范围内从较大的值很快变化接近于零。下浮体半径与上浮体半径之比的变化不仅影响到两个浮体的响应幅值，而且也影响到曲线的变化趋势；两浮体距离的变化对曲线的变化趋势影响不大，但对曲线的幅值有影响；下浮体厚度的变化只少许改变了响应曲线的幅值。     

波浪与水面浮体相互作用中共振现象的数值模拟研究

该文基于不可压缩黏性流体的N-S方程和VOF方法,采用CFD软件FLUENT,对波浪与水面浮体相互作用中的共振现象,进行了数值模拟研究。首先研究了波浪越过潜堤后的波浪变化,验证了模型的准确性;而后基于动量源项造波方法,建立了前端消波的数值模型,并探讨了水上漂浮的两物体在波浪作用下的共振问题。结果表明:共振频率与共振峰值和实验数据吻合良好。另外还探讨了浮体的浸没水深对共振频率和共振峰值的影响。     

环形阵列波浪能装置水动力特性的数值研究

基于线性势流理论,建立了多向不规则波浪与围绕一立柱分布的环形阵列波浪能装置相互作用的计算模型。分析了有无立柱影响下方向分布集中度参数对环形阵列波浪能装置能量捕获特性的影响,研究了阵列中各浮子的水动力特性。计算结果表明,方向分布集中度参数对阵列波浪能装置俘获效率无影响,但是对波能俘获功率产生较大的影响;通过对比无立柱情形下的计算结果,立柱的存在使得阵列装置的捕能功率在低频区明显增加,并使迎浪侧浮子的共振频率发生改变。     

波浪驱动下箱式浮体运动响应及受力的数值研究

为揭示波浪驱动下箱式浮体运动响应及受波浪力的影响机制,采用Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)方法对不同Keulegan-Carpenter(KC)数工况下单个浮体的运动响应及所受波浪力、不同浮体间距δ工况下2个浮体的运动响应进行了系统研究.结果表明:KC数越大,单个浮体的运动响应越...     

一种近岸海洋波浪能发电装置及其在商业化开发中的应用

介绍了芬兰AW能源公司开发的"波浪滚轴"波浪能发电装置的技术原理与特点、装置构成及运行情况。该装置可在近岸浅水环境中捕获波浪能,并将其转换为电能,具有易维护、安装成本低、对海洋环境影响小等优点。该装置已在多个示范性项目中成功运行并取得了权威机构的技术认证。一系列测试也表明,该装置可适应极端海况,商业应用前景广阔。     

浮力摆式波浪能装置水动力性能的时域分析

该文采用时域势流模型研究了浮力摆式波浪能装置的水动力性能,通过与频域模型的比较,验证了时域模型,并对比分析了两种典型的PTO阻尼(Power Take-off,能量提取系统)下浮力摆运动和装置转换功率的时间过程、浮力摆摆幅、装置的转换效率等方面,其中恒定阻力矩的选取参照了激振力矩.研究表明:相比采用恒定阻力矩,采用线性阻尼时浮力摆的动力响应更加规则、平稳.两种PTO阻力矩条件下,波浪和摆板参数相同时,装置的最高转换效率基本相同,都能达到100％以上,但转换功率和转换效率的变化趋势有所不同;相应于最佳线性阻尼,采用恒定阻力矩时,装置也存在最佳阻力矩;对于5s左右的波周期,采用不同类型的PTO阻尼,当装置的转换功率相同时,浮力摆的最大转速基本相同,但最大摆幅和最大阻力矩差别则较大.     

Effect of the PTO damping force on the wave pressures on a 2-D wave energy converter

The information of the wave loads on a wave energy device in operational waves is required for designing an efficient wave energy system with high survivability. It is also required as a reference for numerical modeling. In this paper, a novel system, which integrates an oscillating wave energy converter with a pile-restrained floating breakwater, is experimentally investigated in a 2-D wave flume. The measurements of the wave pressure on the wet-surface of the device are made as the function of the power take-off(PTO) damping force. It is shown that the wave pressure is significantly affected by the PTO system, in particular, at the edges, and the wave pressure varies under different wave conditions. From the results, conclusions can be drawn on how the PTO damping force and wave conditions affect the loads on the device, which is of engineering concern for constructing safe and reliable devices.     

摆动叶片式波浪能发电装置在船舶上的应用研究

介绍了摆动叶片式波浪能发电装置在船舶上的工作原理,基于线性波理论研究了装置的水动力学性能,推导出了装置中叶片波能拾取率的公式。基于Gambit和Fluent软件,在最优摆角的情况下,模拟仿真了装置模型在变流速下的转矩和轴向力,为分析装置的波能效率和抗风浪能力奠定了基础。通过对装置试验研究,得到了装置的平均波能拾取率约为4.37%。研究结果表明:该装置在船舶上应用良好,为波浪发电技术在船舶上的开发利用提供参考依据。     

漂浮式风力机的结构动力学响应

湍流风和波浪是影响漂浮式风力机安全最主要的客观因素。为分析漂浮式风力机在湍流风和波浪联合作用下的结构动力学响应,以NREL实测数据为湍流风场数据源,结合波浪作用,研究了风力机平台及各柔性部件的动力学响应。结果表明:漂浮式平台在纵荡方向响应较剧烈,垂荡和横荡方向响应可忽略不计,平台转动首摇方向较为剧烈;叶片根部挥舞方向力矩波动剧烈程度远大于摆振方向和俯仰方向,纵向剪力波动程度远大于横向剪力;塔尖在俯仰、横摇、偏航方向所受力矩量级较为接近,但初始时刻横摇方向力矩波动较为剧烈;塔基俯仰方向力矩波动剧烈程度远大于横摇方向。     

滑坡涌浪近远场划分及其水波特性分析

滑坡涌浪是一种危害较大的次生灾害,会对人民的生命财产安全造成重大威胁。为探究滑坡涌浪在不同场域的涌浪水波特性,及时发现危害并采取防范措施,对滑坡涌浪全程进行数值模拟。通过CFD软件FLOW-3D建立滑坡涌浪数值模型,并将其模拟精度与有效性,与经典滑坡涌浪试验进行验证。对比结果表明数值模拟涌浪首浪高度与物理模型试验结果一致性较好,数值模拟能反映滑坡涌浪传播的整个过程。基于数值模型,制定关于滑坡体密度、滑坡体体积及滑坡体初始入水特征的27组数值模拟试验。结果表明:近场涌浪回弹及首波波谷出现时间与滑坡体密度呈负相关;近场涌浪首波势能占全程涌浪势能的70%左右;远场涌浪周期约为滑坡体水下运动时间的2倍;通过涌浪势能给出了特定条件下距滑坡体入水点22 m处为远场涌浪波起始位置。研究成果为滑坡涌浪灾害的预警和防治提供一定的参考,可避免发生更大灾害,减少损失。     

环境荷载参数对钢悬链线立管动力响应的影响

海洋环境变化多端,钢悬链线立管(SCR)在复杂的环境荷载作用下容易发生疲劳破坏而影响安全,为研究立管在环境荷载作用下的动力响应,本文利用ABAQUS有限元软件对SCR建模,在立管上部悬挂点施加位移边界条件模拟浮体的运动,在立管的触地段采用刚度基于P-y曲线的非线性弹簧单元模拟立管与海床的相互作用,并通过调节立管环境荷载参数,研究了浮体运动、波浪振幅、周期和海流速度等参数对钢悬链线立管动力响应的影响。结果表明:钢悬链线立管随着环境荷载参数的变化呈现出不同的动力响应,立管对浮体的垂荡运动更敏感;波浪的振幅越大、周期越小,立管触地点与悬挂点的动力响应越大;海流速度增大,悬垂段长度会变大。     

风浪流荷载下基于AQWA的海上Spar型浮式基础稳定性分析

为了解决现阶段可再生能源利用的问题,实现深海风能的有效利用,针对设计出的OC3-Hywind 5MW Spar型浮式平台基础部分在风浪流荷载下的稳定性问题进行研究。利用ANSYS中的水动力模块(AQWA)分别对结构进行频域以及时域耦合运动响应仿真模拟,比较分析了不同工况下浮式结构各个自由度下的运动响应值,以及配重块在系泊不同位置处对结构运动响应值及系泊力的影响情况。结果表明:在不同工况作用下的浮式结构在纵摇自由度方向上的运动响应极值主要受风荷载影响,随着风速增大,响应极值也随之增大,在其他自由度上的响应极值受风、浪荷载影响较小;改变配重块在系泊缆上的悬挂位置对浮式基础在纵摇和首摇自由度方向的运动有着显著影响,并且随着配重块距离锚固点越近,响应值越大,越不利于浮式基础的稳定;未悬挂配重块的系泊力高于悬挂了配重块的系泊力,随着配重块悬挂位置离锚固点越远,系泊力越小,越能保证浮式基础在恶劣海况条件下的稳定性。     

台州湾近海海域波浪要素特征分析

波浪要素的观测及分析对港口码头设计、航道建设、围垦工程等都尤为重要。为研究台州东部新区临时航道疏浚工程对周边涉水工程的影响,采用SZF型波浪浮标,在工程海域进行为期一年的波浪观测,并对实测的波浪要素进行统计分析。结果表明:台州湾全年以东北向波浪居多,东向浪最大,可高达5 m。波高主要集中在0.5 m~1.0 m范围,波周期集中在3.0 s~4.0 s范围。春季浪向分散,夏季浪向集中在S向,秋冬季浪向相似,N为主波向。受台风影响,夏秋季有大浪出现。     

浮式植物体消浪效果的试验研究

通过大量水槽试验,研究植物消浪装置消浪效率与植物密度、植物带相对宽度、波陡之间的关系,分析植物高度大于波高的前提下影响浮式植物规则波作用下消浪效率的因素。结果表明,浮式植物消浪装置具有良好的消浪效果,在植物带高度大于波高的前提下,植物带密度和相对宽度是影响消浪效果的最重要因素。     

浮体在浅水中运动产生的孤立波

本文对在浅水中以跨临界速度运动的浮体产生的兴波问题作了数值计算，用作者提出的求解浮体波动问题的新方法，将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理，使Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程用于此问题的全域直接数值求解，数值结果使我们得到了新颖的浮体运动产生的孤立波解。