中心管底部形状对浮标波能转换性能影响的实验研究

为改善中心管振荡水柱式波力发电浮标的能量转换性能,对中心管底部设计了四4种模型并在造波水槽中进行实验研究。试验结果表明,直管型中心管俘获宽度比最小,实验测得最高为4.12%,底部有一定锥度的模型会提高俘获宽度比,目前实验最高为19.25%,并出现较高的双峰值,提高了通频带,峰值周期也随锥度的不同出现了移动。试验得到的较佳模型需要进一步优化和实验,为设计适应不同海况的发电浮标提供基础数据。     

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。     

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...     

锥形中心管浮标试验研究

该文研究了中心管结构对能量转化性能的影响,并得出提高波浪能俘获性能的若干方法。设计了3个不同直径的中心管模型进行试验。且进一步研究了锚系位置和喷嘴比对模型俘获性能的影响。试验结果表明,中心管面积占底面面积的比例与模型最高俘获宽度比有直接关系。锚链系于浮仓底部相对于其他位置,能使模型更加稳定,俘获效果更好。中心管最高俘获宽度比对应的喷嘴比为2%,且随着喷嘴比增大,通频带变宽。     

扁平五边形后弯管模型初级转换效率试验研究

为降低五边形后弯管装置的吃水深度,在保证弯管横截面积不变的条件下对已有的五边形后弯管模型进行改进,使其五边形底部呈扁平状、迎浪面变宽。在造波水槽中对扁平五边形后弯管模型进行规则波和随机波下的初级能量转换效率试验研究,探究不同质量和不同锚泊点下模型的能量转换特性。试验结果表明,在入射波波高0.1 m、周期1.15 s的规则波下,模型最高输出气动功率和俘获宽度比分别为8.551 W和98.59%,JONSWAP谱下模型的俘获宽度比最高达58.45%,优于历史文献值52%。规则波和随机波下扁平后弯管技术均具有较高的初级能量转换特性。     

前方后尖浮舱五边形后弯管水槽性能实验研究

为提高后弯管(BBDB)波浪能的转换效率,对基于新理念和经验研制的前方后三角浮力舱五边形后弯管模型在造波水槽中进行一级能量转换实验研究。共考虑约束方式、喷嘴比、链长、吃水深度、模型浮态等因素,设置23种实验工况进行对比。实验中测量入射波高、波周期、气室液位和气室内外气压差。实验结果得到,该模型俘获宽度比最高值为121.34%,远优于同样实验条件下前方后圆后弯管模型79.1%的历史文献最高值;并且具有较宽的响应周期,为后弯管在随机波条件下实现高效转换创造条件;在BBDB模型正向波作用自由漂荡运动中,测得最大俘获宽度比为94.73%。模型实验结果与高效空气透平机组的结合,为波浪能的高效、低成本利用提供可能。     

自航气动式振荡水柱波浪能发电船技术

介绍中国自主发展的自航气动式振荡水柱波浪能发电船技术。发电船由一个船型浮力舱、一个水平管、一个垂直管、空气透平和发电机组成。在长1.2 m、宽0.51 m的模型进行水槽实验,结果表明在规则波下俘获宽度比最高可达104.07%,在随机波下最高俘获宽度比为82.4%。基于该模型按相似原则设计多种型号的发电船,其中一艘样机装机功率1 kW,主体长5.2 m、宽2.3 m,质量4.5 t,在深圳大亚湾海域进行试验,可实现装置的波浪发电和航行。     

海上风电场内激光雷达测风浮标摇摆运动的实验与仿真研究

激光雷达测风浮标对摇摆角度具有较高要求,为了改善激光雷达测风浮标的摇摆运动性能,文章采用数值仿真方法研究了浮标的横摇自由衰减运动,并进行了相应的水池实验,数值仿真结果与水池实验数据吻合较好。此外还分析了3种安装有舭龙骨的改进模型的横摇自由衰减运动,并与原始模型的仿真结果进行对比。对比结果表明：3种改进模型的横摇无因次阻尼系数和横摇固有周期均大于原始模型;当舭龙骨安装在靠近水线的上部位置时,横摇无因次阻尼系数提高了6.5%,横摇固有周期增大了6.6%。对于圆盘形浮标,舭龙骨对缓和浮标的横摇运动具有明显效果,舭龙骨安装位置靠近水线时效果最为明显。     

直接驱动浮子式波浪能转换装置频域模拟研究

基于线性波理论,仅考虑浮体的垂荡运动,并假设能量输出系统是线性的,建立直接驱动的浮子式波浪能转换装置频域运动方程,获取该系统的频率响应函数,推导该系统能量俘获宽度在规则波和随机波浪条件下的表达式,研究浮体形状、频率响应函数、能量输出系统阻尼系数及海洋波浪条件对能量俘获宽度的影响。数值算例结果表明:系统固有频率与波谱谱峰频率越接近,频率响应函数的幅值越大,能量输出系统的阻尼系数越大,则系统的能量俘获宽度越大。     

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。     

涡激振动驱动的柱群结构集中俘获海流能研究

采用一种结合串列、并列和错列布置的耦合连接五圆柱柱群结构为能量转换器,在不同间距比不同约化速度下,以流固双向耦合数值算法对其进行涡激振动模拟和计算分析。通过对比相同参数条件下单圆柱俘能结构的结果,获得柱群俘能结构集中俘获低速海流能的初步理论。结果显示:在产生共振的约化速度范围内,较大间距比下的柱群俘能结构其振幅和各圆柱压力分布特征与单圆柱俘能结构相似;总升力谱峰值约为单圆柱的3倍;从俘能大小来看,相同约化速度下俘获的水动能P达到单圆柱的4～5倍。研究结果说明共振范围内,柱群俘能结构在较大组合间距比时可集中俘获低速海流能。     

基于Fluent的辫状水槽水流三维数值模拟

为研究辫状河道水流运动规律,应用计算流体力学Fluent软件,基于Realizable κ-ε湍流模型及水气二相流流体体积函数法(VOF)模型,建立了辫状水槽水流的三维数学模型,模拟了辫状水槽4种工况下不同尺寸的流场分布,并对比分析了数值结果与实测资料。结果表明,数值模拟能较好地反映流场分布规律;支槽分离区的尺寸与支槽宽度、水深位置及支槽中间沙岛长宽比相关。     

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。     

波浪能供电观测浮标防腐方案设计及仿真

针对波浪能供电观测浮标的结构组成,分析其工作原理、运动特性、各系统处的海洋腐蚀环境,将浮标划分成多个海洋污损区域。基于目前的防腐方法和浮标复杂的海洋腐蚀环境,综合考虑成本及施工时效性,提出一种防腐油漆涂层加阴极保护双组合的防腐方法,并进行外加电流阴极保护防腐系统及关键参数的设计。通过数值模拟,确定该系统布置在浮标主浮体侧面可实现较好的防腐效果。最后,提出两种防腐系统位置布置方案。     

波浪能俘获装置的设计和研究

设计一种新型密封式波浪能俘获装置,浮体随波浪进行摆动,驱动浮体内摆体旋转,将波浪能转换成机械能;通过选取4种摆体的形状进行对比,选出最佳的摆体形状,并建构摆体的数学模型;利用Matlab软件对摆体在不同波浪条件下进行数值求解,之后在水动力测试平台进行模型试验。结果表明：球体是最佳的摆体形状,其装置俘获效率较高,且结构简单、成本较低,可为下一步定量优化装置提供有效的理论依据。     

汽轮机空心静叶热蒸汽喷射除湿方法的分析

在某汽轮机除湿级的空心静叶上设计了不同的热蒸汽喷射缝,应用两相均质混合模型和湿蒸汽平衡相变模型,对具有缝隙的叶栅流场进行了全三维定常的数值计算。引入参数的方法进行能量转化过程的经济性评估。结果表明:尾缘喷射热蒸汽时,同一喷射流量下,缝隙宽度越大,有效效率越高。同时,在较大缝隙宽度下,有一个最佳的喷射流量,此时的有效效率最高。压力面中部喷射热蒸汽时,在喷射流量比小于6%下,各方案的有效效率均比无热蒸汽喷射的原型要高。同一喷射流量下,顺主流喷射且缝隙宽度越大,其有效效率越高。     

新型浮筒式波浪能发电装置试验研究

设计研发一种新型浮筒式波浪能发电装置,并对其进行试验研究。采用1∶16的缩尺比制作模型,通过不同输水管径及不同波浪条件的模型试验分别研究输水管径、波浪高度、波浪周期这3个因素的变化对新型波浪能发电装置输水流量、上水量、一二级能量俘获效率的影响特征规律,为实际建设波浪能发电装置提供可靠的设计依据。试验结果表明:随着输水管径的增大,流量、上水量、能量俘获效率呈一致增大的趋势;随着波高的增大,流量、上水量均有所增加,但能量俘获效率反而减小,而波浪周期的变化对三者的影响幅度较为稳定。该模型试验中,所设计新型浮筒式波浪能发电装置的俘获效率最高可达37%,证明新型浮筒式波浪能发电装置是一种具有竞争力的方案。     

泵导叶出口宽度改型设计的变工况计算及实验研究

利用先进的CFD数值模拟软件NUMECA,对某余热排出泵的原模型进行了设计工况下的内部流场全通道数值模拟,结合对数值结果的分析,发现泵导叶出口宽度对泵的性能和内部流动有较大的影响,通过对泵导叶出口宽度的改型设计得到了较为理想的导叶宽度,进而对原模型和优化模型进行了变工况计算并与实验结果进行了对比分析。结果表明,经过改进的导叶在设计点附近的变工况性能得到了提高,验证了对导叶出口宽度改型设计的合理性。     

渠系分流口区域水流运动特性数值模拟

为分析渠系分流口区域的水流运动特性,通过观测室内模型试验水流运动现象,利用RNGκ-ε紊流模型并借助FLOW-3D软件,建立了分流角为73°的渠系分流口区域的水力特性分析计算模型。通过对比分析数值模拟结果与试验结果,验证了该分析计算模型的准确性和可靠性。以建立的数学模型为分析计算平台,分析了渠系分流口近区及口门断面不同工况下的多个水力要素,重点介绍了不同单宽流量比情况下,渠系分流口区域回流区长度与宽度及引水支渠进水断面收缩系数的变化规律。分析结果表明,随单宽流量比的增大,分流口区域回流区范围增大,支渠渠道进水断面收缩系数减小。研究成果可为类似工程规划设计提供参考。     

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。