振荡水柱式波浪能发电装置专利技术综述

检索分析国内外专利数据表明:振荡水柱技术专利壁垒较少,外国人研究开发主要在核心部件和系统优化方面,国人主要集中于外围的基础结构和空气流道控制方面,振荡水柱装置和防波堤的集成研究是近期国内外均较为关注的一个应用热点。     

漂浮式波浪能发电装置的水动性能分析

针对海况对波浪发电装置的影响,本文创新性地设计了一种新型漂浮式波浪能发电装置并描述了其工作原理。以该装置为基础并对装置波浪能采集部分建立了仿真分析模型。基于AQWA水动性能计算机软件,计算了装置中漂浮浮体在不同吃水深度、不同尺寸大小的RAO值,以及波浪波向和波浪周期对装置整体的时域响应。发现浸水达到1.3~1.4 m、漂浮体直径在2.8 m时RAO值达到理想值,当波浪推进方向在25°、波浪周期为3 s时浮体整体振幅较大,对波浪能采集效率有较大提高。     

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。     

摆动叶片式波浪能发电装置的水动力性能分析

简述了摆动叶片式波浪能发电装置的结构和工作原理,结合波浪力学和浅水波理论对摆动叶片进行理论分析,推导出俘获效率公式。为了分析装置的性能,采用Fluent软件仿真的方法,分析了摆角和波高参数对装置的水动力学性能的影响,提出最佳摆角概念,并研究了最佳摆角与波高的关系。研究结果表明:装置的俘获效率随着摆角的增大先增大后减小;随着波高的增加,装置的俘获效率在增加,研究结果为后期装置的试验提供了理论依据。     

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。     

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。     

瓯江口滞流点运动规律数值模拟

利用MIKE21软件建立瓯江口二维水流数学模型,研究不同径、潮流条件下滞流点位置的移动规律,并结合历史资料,分析了滞流点迁移对河口拦门沙的动力影响。研究表明:径、潮流水动力的改变,会改变滞流点的位置,其移动规律与口门拦门沙浅滩演变有密切关系。径流量较小时,滞流点上溯,在南北口内均形成滞流点活跃的动力平衡带,口外拦门沙冲刷;当径流量增大时,南北口滞流点下移引起拦门沙淤积,但向口外延伸的程度将受到分流比和河床地形的影响。     

井筒式泵装置水力特性数值模拟

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件,对井筒式泵装置进行了三维流动数值仿真计算。通过对性能曲线的分析,发现设计工况下,进水管直径较大时效率较高。对比进出水损失发现,进水损失随着流量增大而增大,出水损失随着流量增大先减后增。通过分析VX云图和流线图,发现进口管直径较小时,流速较大,形成的漩涡也较大,漩涡区域涡量为大管径时的2倍以上。对叶轮进口断面轴向流速分布均匀度的分析,得到进水管较大时,叶轮进口的流速均匀度较高,但在流量超过330L/s的工况下差异不明显。从喇叭管进口断面平均涡量的计算分析中,得到喇叭管进口断面平均涡量随着流量增大而增大,且进水管直径较大时,平均涡量小,减小超过20%。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGk－ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,表明该泵满足运行要求。该研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

箱涵式泵装置的数值模拟研究

采用基于CFD数值模拟计算研究箱涵式泵装置的水力性能,对泵装置不同流量工况点进行数值计算并分析。结果表明:在设计工况下,泵装置运行效率较高,最高效率可达到70.04%,对应的扬程为1.736m,最高运行扬程与最优运行扬程比值达到2.3,说明了该箱涵式泵装置非常适用于扬程变化较大的泵站,同时进水流道的水力损失随着流量的增加而增大,出水流道的水力损失随着流量的增加先减小再增大,在设计工况附近出水流道水力损失最小。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGκ-ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,对叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,本泵满足运行要求。本研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

多向联轴式波浪能发电装置的设计与研究

波浪能是一种开发前景巨大的清洁能源,其发电装置已成为研究热点。在探索的基础上提出了一种多向联轴式的波浪能发电装置,它包括俘能系统、机械转化系统和发电系统三大部分。结合海浪理论和计算原理,预估该装置的整机理论效率可达38.0%,是一种高效率的发电装置。     

基于ADAMS的鹰式波浪能发电装置PTO系统优化设计

波浪能发电装置的PTO (Power Take Off,动力输出)系统对发电效率有重要影响。该文以鹰式波浪能发电装置为研究对象,基于线性势流理论在频域内求解了波能装置的多体水动力系数和给定海况下吸波体波浪诱导载荷,采用间接时域法求得吸波体的时域运动响应。在ADAMS框架中建立鹰式装置液压PTO系统的参数化模型,以液压缸的安装位置和PTO系统阻尼系数作为设计变量,PTO系统平均功率为目标函数,实现对液压PTO系统能量转换效率的目标优化。通过全参数优化,装置在中国南海海域中等海况和低海况下,较之原型机俘获宽度比均有大幅提高,中等海况和低海况下的平均俘获宽度分别提高了6.748%和12.816%。这为波浪能发电装置液压PTO优化设计提供了一种高效可行的数值方法。     

波浪能发电装置液固耦合流体增频特性研究

我国近海区域海浪呈现低频低幅特点,而实现增频、增幅就成为高效波浪发电的关键技术。借助于Flow-Simulation仿真软件的仿真方法,对1∶1~4∶1等几种变径比内腔流道结构开展研究,对比分析了在低频、低幅海浪激励时,液态介质受迫惯性振动呈现的液压增频、增幅响应。研究结果表明,优化变径比的液压增频、增幅响应,可以自适应增强作用在弹性薄膜上的表面力和形变量,从而减少能量转换过程的机械能损失,达到波浪能高效吸纳转化的研究目标。     

基于变步长爬山法的波浪能发电装置MPPT研究

针对直驱式波浪发电系统中boost电路的最大功率跟踪(MPPT)问题,首先基于Froude-Krylov理论法对波浪力进行计算,再对直驱式波浪捕获系统以及永磁同步直线电机(PMSLM)进行建模,针对系统的输出特性曲线无法精确建模的特性,提出变步长爬山法对系统进行优化。仿真结果表明,相较于固定步长爬山法,变步长法在一定的误差范围内使发电系统具有全局寻优功能和较高的跟踪速度,其输出功率显著提升且避免陷入局部最优。     

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。     

低质量比水中井口装置流致运动数值模拟

应用Fluent软件数值模拟三维水中井口装置绕流。对低质量比条件下弹性支撑刚性水中井口装置横向流致运动问题进行计算,对比固定绕流和流致运动条件下的受力情况,并观察不同尾涡形态,分析不同约化速度下流致运动的响应特性。     

淹没式取水工程附近水流运动三维数值模拟

采用三维水流模型,模拟了淹没式取水工程(单侧引水箱、蘑菇头)附近三维空间内的水流运动。计算发现,取水工程处表层水体中水平流速增量与取水吸水方向可相同,也可相反。结合模拟结果和明渠水流基本理论,探讨了取水口附近水流变化现象的形成机理。理论分析表明,黏性(垂向扩散)、动水压力作用是产生上述现象的决定因子,它们对表层水流变化的驱动方向相反,其综合作用效果随着取水工程之上水深h’的不同而不同。对于单侧引水箱,当h’较小时,黏性扩散作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向一致;当h’较大时,动水压力作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向相反。较之单侧引水箱,蘑菇头从水平各个方向均吸水,导致了在蘑菇头正上、正下方水域形成2个压力集中区。环绕着这2个区域边缘,靠近取水口的水层由于黏性扩散向中心运动,远离取水口的水层(底层、表层)被向外压出。     

吹吸式挖泥装置研究

1吮吸式挖泥装置的工作原理1994年受长江动力公司的委托，我们与广东省南海市黄歧船厂联合研制了一艘长佳号吹吸式挖泥船，该船的吹吸泥系统具有水下吸沙及泥沙水面输送、水下吹砂及泥沙水下输送、反冲自救等三方面的功能．1．1水下吹沙及泥沙水下输送水下吹沙及泥沙水下输送原理如图1所示．清水经离心清水泵和离心泥浆泵加压后，分别沿清水管及排泥管压送到冲抄喷嘴、吹按喷嘴和射流泵，由向下倾斜的冲沙喷嘴射出的高速射流，将库底淤泥冲起，其中一部分悬浮泥沙在吹沙喷嘴与喷沙喷嘴射出的高速射流作用下，被驱赶到排沙洞和发电洞，排到水…     

水平旋流式内消能泄洪洞数值模拟分析

为了探究水平旋流式内消能泄洪洞的消能机理及相关水力要素的变化情况,采用RNGk-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,并结合公伯峡水电站的原型观测资料,得到了洞内流速和压强等水力要素的分布规律。数值模拟结果与公伯峡水电站原型观测数据的对比分析表明,数值模拟方法能够较好地模拟水平旋流泄洪洞的泄流过程;通过改变旋流室入流角度,得出了压强、通气量和消能率的变化规律。