微型阵列波浪能发电装置捕能特性

提出一种微型阵列波浪能发电装置,通过理论分析建立阵列浮子频域运动方程,推导在线性能量输出系统(power take-off,PTO)作用下阵列浮子平均输出功率的计算公式,在频域内探究阵列形式、线性PTO阻尼系数、浮子参数和浮子间距对阵列浮子捕能特性的影响.研究结果表明:直线形阵列和正三角形阵列在随机波向下的捕能性能差距...     

斜墙式消力坎不同出流的试验研究

目的——初步研究斜墙消力坎对整个水流流态的规律和随坎倾角的变化在消能方面的变化规律;方法——根据重力相似性原理,设计和制作了三种陡坎水泥模型,通过对在一定水流条件下斜墙式消力坎的消能情况的单项试验研究,对比了不同角度下消力坎的消能原理和消能效果;结论——试验证明,斜墙式消力坎的倾角越大,消能率越大,同时收缩端面处的回漩流速也更大.     

某工程溢洪道台阶消能设计优化研究

某水库工程溢洪道采用台阶式消能方式,要求对溢洪道出口体型进行试验优化,以解决其出口消能防冲问题.经反复试验研究,提出了较优消能工方案.运行结果表明,该方案较好地解决了溢洪道出口的消能防冲问题,既节约工程投资,同时也满足了工程安全性能要求.     

振荡水柱式防波堤的水动力特性

提出一种带水平底板的振荡水柱式新型防波堤. 借助二维物理波浪水槽,研究结构系统在3种不同水平底板宽度、12种不同波浪周期下的水动力特性. 通过实验探究波高对防波堤模型相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置水平底板能有效提升振荡水柱式防波堤的阻波性能;当水平底板宽度等于模型板间宽度时,入射波周期小于1.6 s的波浪的透射系数小于0.5;当水平底板宽度增大到2倍模型板间宽度时,入射波周期小于2.2 s的波浪的透射量小于50%. 水平底板的存在增加了系统的能量耗散,提高了系统对长波区间波浪的阻挡性能;波高的变化对相关水动力参数影响不大.     

宽浅陡槽水流的稳定性及控导措施

对宽浅陡槽水流特性、下游衔接消能及控导措施进行了试验与理论研究,分析表明浅层急流能量损耗比一般明流大,陡槽水流有2种不同特点的动量横向分布规律:一般陡槽(宽深比B/h<40,单宽流量q>3.4m3/s.m)末端水流呈"马鞍型"动量横向分布,水流具有较强的稳定性;而大宽深比(B/h>40,单宽流量q<3.4m3/s.m)陡槽末端水流呈"椭圆型"动量横向分布,这种分布态势缺乏对外界干扰的遏制能力.宽浅陡槽水流不稳定是动量横向分布缺乏强大的两翼控制,使微小干扰形成累加递增的类"多米诺骨牌效应",导致末端水跃的不稳与消能不充分.基于"介入式"原理,利用急流干扰波传播与反射特点,采用潜没式三角翼体调整动量分布、改善下游衔接水流稳定性,取得了良好的效果.对三角翼体的控导机理及主要影响因素进行探讨,提出了三角翼体型参数的优化确定方法,可供实际工程参考.     

圆弧型贯底式多孔介质防波堤防浪效果的解析研究

针对圆弧型贯底式多孔介质防波堤防浪效果研究,给出了防浪效果计算的解析方法.假定防波堤刚性垂直薄壁,空间固定,水深恒定.假想存在一个圆柱面,把流场划分为内外区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,然后在它们的公共边界上进行匹配.匹配的原则是公共边界上速度连续,压力连续,从而可得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高.数值结果给出了不同入射波波长、不同波向入射及防波堤不同孔隙率、不同张角时防波堤周围波幅分布的等高线图.结果表明,圆弧型贯底式多孔介质防波堤的防浪效果与入射波特征和防波堤的孔隙率密切相关.     

T型透空式防波的堤水动力特性

为了探究T型透空式防波堤的水动力特性,本文采用匹配特征函数展开法对线性波作用下的流场进行求解,并得出波浪荷载及反、透射系数。针对结构物尖角附近流体运动的奇异性行为,分别引入特定正交多项式将区域间公共界面上的速度分布函数近似展开。通过研究水面方箱,对比实验结果与T型结构的数模结果,验证方法的正确性,并综合分析T型结构各几何参数的影响。计算结果表明:水平板尺寸对波浪荷载及反、透射系数均有显著影响;增大垂向薄板长度能有效减少波浪透射;垂向薄板从水平板中部向两侧移动时,波浪透射系数略有减小,但结构物所受波浪荷载变化较大。垂直薄板的存在,能有效提升透空式防波堤的消波性能,进而减少工程造价。     

环肋双层圆柱壳外壳体隔冲性能研究

针对双层壳体结构外壳对水下爆炸的隔冲影响问题,进行了理论和模型试验研究.用简单平面波理论对双层壳体结构外壳在冲击波作用下的透射特性进行分析,提出了双层圆柱壳外壳透波公式.利用该公式计算的结果与试验结果吻合良好.同时,计算结果表明透波率和透射波能随着外壳板厚的增加而呈指数衰减,而透射波比冲量变化不大.双层圆柱壳小模型水下爆炸试验研究结果表明,透射波峰值压力最多下降到了直达波峰值的66.7%,因此,外壳的厚度对于双层壳体结构的隔冲性能是一个非常重要的因素.     

倾斜板透空堤的消浪特性及流场分析

为了解决传统透空式防波堤消浪性能较差的问题,本文基于CFD方法采用OpenFOAM中DUTFOAM模型对倾斜板透空堤的水动力特性开展了数值模拟研究,分析了波浪经过倾斜板时的透射、反射和能量耗散特性,并给出了倾斜板端部的流场分布。研究结果表明：相比于传统的垂直挡板,倾斜板具有较小的透射系数和反射系数,较大的耗散系数;随着倾斜角度的增加,倾斜板底端处产生较大的旋涡,由此导致倾斜板的耗散系数增大,这有利于提升板状防波堤的消浪性能,优化了传统的透空式防波堤。     

弹簧刚度对嵌入式振荡水柱波能装置水动力性能的影响

提出嵌入方箱式防波堤的垂荡式振荡水柱（OWC）波能装置,利用开源计算流体动力学库OpenFOAM及工具箱waves2foam,对该波能装置的能量转换效率和水动力特性开展数值研究.采用流体体积法（VOF）捕捉气液界面,利用Rigid-Body Dynamic网格技术求解垂荡运动.在不同入射波频下,探究垂直线性弹簧约束（用无量纲弹簧刚度表示）对OWC波能装置的波能转换效率、反射系数、透射系数、能量耗散系数、相对压降、有效相对振荡幅度和相位差等的影响.结果表明,结构物适当的垂荡运动有利于提升OWC装置在特定频率条件下的波能转换效率;振荡水柱和结构物间的运动相位差是决定能量转换效率的关键因素;为了提升能量转换效率,调节结构物的垂荡运动来控制相位差的措施是可行的.     

液压蓄能式波浪能发电装置关键参数分析

针对波浪能发电效率低的问题, 建立由波浪输入至马达输出的系统数学模型, 采用理论建模和仿真分析相结合的方式确定影响系统发电功率的关键参数, 为提高装置发电效率的液压能量转换系统恒转速控制策略的研究提供理论指导。波浪能发电的液压蓄能式波浪能发电系统主要由3部分组成, 建立系统各元件的运动方程及能量方程, 寻找元件间的连接参数建立系统数学模型, 通过理论分析系统功率方程定性地确定系统工作特性及关键参数。为验证理论分析结果的准确性, 借助AMEsim仿真平台完成系统设计及仿真验证。结果表明, 马达输出功率主要受波浪波高、周期、比例流量阀流通面积及马达排量的影响, 最高影响阶次分别为1次方、4次方、4次方和2次方。仿真验证还证明蓄能器预充气压力几乎不会对马达输出功率产生影响。     

波浪能发电装置浮体形状参数对俘能性能影响

为明确振荡浮子式波浪能装置浮体形状参数对俘能性能与工作稳定性的影响, 建立线性能量输出系统作用下的浮体频域计算模型, 推导俘能功率与俘能宽度比的计算公式, 介绍浮体频域数值模拟步骤, 运用ANSYS-AQWA软件开展研究, 计算并对比不同底面形状和圆台半顶角下浮体的俘能功率与俘能宽度比, 探讨浮体形状参数对其俘能性能的影响规律, 为适用于锚泊浮台的波浪能供电装置浮体形状参数优化提供理论基础。研究结果表明:相对于圆锥和圆球底面, 圆台底面的实际制作可行性高, 且在中频波段的俘能性能与俘能稳定性均优于一般圆柱浮体; 上大下小型圆台浮体的俘能性能和工作稳定性较好, 半顶角增加时, 浮体的俘能性能增加且可改善浮体的中频俘能性能, 可根据工作波况合理选择最佳的半顶角, 使得浮体具有最佳的俘能性能与工作稳定性。     

台阶式地形上双垂板透空系统的水动力学特性

基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM中的工具箱waves2Foam,通过在双垂板透空系统下方布置不同尺寸的台阶式地形（潜堤）,对规则波-双垂板-地形耦合系统的水动力学特性进行数值分析. 在不同入射波况作用下,研究双垂板的间距和台阶式地形的尺寸对结构系统前/后的反/透射系数、波能的黏性耗散率及双垂板间的液面相对振动幅值等水动力参数的影响. 此外,探究波浪非线性对相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置台阶式地形尺寸,如令地形的长度与波长的比值约为1.0,能够有效减小双垂板系统的波能反射和透射,并可获得适中的黏性耗散率;地形的存在会加剧双垂板间的液面振动幅度,有效提升两板间的波能捕获能力;波高的增大会造成反射和透射系数的减小,增大黏性耗散率,降低板间液面振动幅值.     

基于SPH的新型人工块体TB-CUBE设计优化和水动力特性数值模拟

为探究高透空性新型人工块体TB-CUBE的最优结构尺寸型式及其水动力特性,本文利用基于光滑粒子方法的Dualsphysics开源代码开展斜坡堤新型人工块体TB-CUBE数值模拟研究,探究其在规则波作用下的爬高和越浪等水动力特性及波浪变化规律。研究结果表明：数学模型所模拟的爬高和越浪与物理模型试验的实测值误差分别在6%和9%以内,可较好的刻画波浪在人工块体上的演变过程。基于此验证模型,分析不同细部尺寸参数下块体的水动力特性,综合块体爬高、反射系数、越浪、块体孔隙率和材料用量等因素,得到最优消浪效果所对应TB-CUBE块体的球相对半径R1、圆柱相对半径 R2与块体边长h的关系。此基础上,以优化后的TB-CUBE块体为对象,分析其爬高和越浪的过程,揭示出该块体的消浪机理主要为相邻块体之间的圆孔对波浪的爬高和回落均有阻滞作用,且块体内部孔隙可以容纳水体并形成紊流效能,可以相应地减少波浪的爬高。此外,研究斜坡坡度、堤前水深、入射波高和波周期等对波浪爬高的影响,得到TB-CUBE块体爬高随入射波高和波坦的增大而增大,而随坡度的变化呈现单峰曲线的变化趋势。进一步的考虑不同波浪破碎形态对波浪爬高的影响,拟合得出TB-CUBE块体的爬高经验公式,公式拟合值与模型计算值相关系数达0.981,能够真实反映该块体的爬高情况,为今后该块体在海岸工程中的实践运用提供科学依据。     

双层套筒调节阀节流特性数值模拟

套筒调节阀是管路中重要的调节部件,其节流特性是套筒调节阀的主要性能指标.针对实际工况中不同套筒参数对调节阀调节性能的影响,文章以双层套筒调节阀为研究对象,采用Fluent数值模拟计算的方法,研究10个不同套筒间距和2种不同二级套筒小孔排列方式对调节阀节流特性的影响,对不同间距和不同小孔排布下压降、流速和湍流耗散率等节流...     

海洋波浪能发电装置研究进展

为准确把握海洋波浪能利用技术的发展情况,以海洋波浪能发电装置为出发点,综述当前的重要研究进展.波浪能装置形式尚未收敛,以不同的能量捕获方式为分类原则,介绍振荡水柱式、越浪式和振荡体式3类主流装置的工作原理及其能量转换系统.分析每类装置的优缺点,选取典型工程装置展开详细的介绍.对我国已经完成海试的工程装置情况进行整理,发...     

热管式密闭电子设备元件散热实验研究

热管换热器是一高效热回收装置,由于其具有传热效率高、传递温降小、结构简单、易控制和本身不耗能等特点,在电子设备系统中的研究得到很大的发展.本文建立实验台来测试热管式密闭电子设备散热性能,将模拟结果与试验测量数据进行对比论证.深入分析利用热管技术来改善电子产业的散热问题,为热管技术大规模推广应用提供理论依据     

双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析

波浪能装置中浮子的运动性能直接影响装置的能量吸收.采用基于N-S方程的CFD方法建立三维数值波浪水池,对一种特定波浪能装置中的浮子进行时域数值模拟,并与实验对比验证了该方法的可行性.从流场的角度分析浮子运动对周围流体的影响,研究浮子在单自由度垂荡、单自由度纵摇和双自由度垂荡、纵摇时的运动及能量吸收规律.结果表明:浮子在单自由度垂荡和纵摇时,其俘获宽度比随PTO阻尼系数的增大会出现最大值,即俘获宽度比存在最佳PTO阻尼;浮子双自由度运动时其俘获宽度比高于浮子单自由度运动时的俘获宽度比;浮子不同自由度的对比表明,两个自由度在浮子的能量吸收上可以相互影响.