多浮摆式采能装置水动力性能的时域计算及模型试验

该文基于三维时域势流理论,对一种多浮摆式波浪能采能装置的水动力性能进行了时域模拟,获得了单浮摆及双浮摆系统的运动响应、浮摆所受波浪力矩及角速度。根据模拟参数,对单浮摆和多浮摆系统的水动力特性进行了比较。在此基础上,根据几何相似、运动相似等相似准则,进行了单、双浮摆系统的水力模型试验,获得了两种装置的波浪能采集效率。数值模拟及水力模型试验的结果表明,单浮摆的纵摇响应小于双浮摆的情况,浮摆间的相互作用可以提高波浪能的采能效率。     

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。     

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。     

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。     

双圆筒沉箱兼作波能发电装置的试验研究

该文设计了一种兼作振荡水柱式(oscillating water column)波能发电装置的双圆筒沉箱结构,对不同隔墙夹角、内筒外直径、下部开口张角及开口高度等多个双圆筒沉箱模型的波能转换效果和波能吸收效果进行了模型试验研究。通过考察同步测量的气室内波高和气室顶部输气口处空气压强等试验数据,讨论了在规则波作用下的入射波要素、沉箱隔墙夹角、内筒外直径、下部开口张角及开口高度等参数对气室工作性能的影响,提出了优化的双圆筒沉箱模型的设计参数。     

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.     

西班牙莫克里科波能发电站

海洋中蕴藏着丰富的能源。随着科技的进步,海洋能源(波能和潮汐能)已逐渐发展成为一种新型的水力能源,有着巨大的开发潜力。主要介绍了位于西班牙巴斯克地区全球首家利用波能发电的OWC(振荡型波能转换装置)电站的情况,包括项目背景、工作原理及发展前景等。     

波浪能发电现状及关键技术综述

当今世界煤炭以及石油等传统能源日渐减少,节能减排及将广阔大海里超过25亿kW的可再生清洁波浪能转化成高效的电能,是对波浪能行之有效的利用。研究波浪能发电的国内外现状、常见波浪能发电装置的工作原理与基本技术,以期改进装置对各种海况的适应能力,迅速提高波浪能发电效率。     

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。     

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。     

流体黏性对迎浪航行船舶运动和波浪增阻的影响

对在规则波中迎浪航行的大型油轮KVLCC2船模,为了研究流体黏性对船舶运动和水动力的影响,分别采用求解RANS方程和求解欧拉方程的方法,应用CFD软件STAR-CCM+对黏性流场和无黏流场进行了数值模拟。采用GCI方法对数值不确定度进行了分析,验证了数值方法的有效性;采用湍流模型和无黏流模型对船舶在一系列波长的波浪中的运动和水动力进行了数值预报,并将数值结果与现有实验数据进行了比较。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,对共振状态附近的波浪增阻有一定的影响。总体上,对船舶迎浪航行流场的数值模拟,忽略黏性能保证一定的计算精度而提高计算效率。     

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。     

新型高效波浪能转换涡轮在日本研制成功

一种新型高效波浪能转换涡轮最近由日本佐贺大学濑户教授领导的研究小组研制成功。这种新型涡轮装有自控式螺距导向叶片 ,可使上游叶片与下游叶片相联通 ,从而提高波浪能转换效率。这种新型涡轮的转子装配杯形叶片 ,无论驱动水流的方向或水面涨落发生什么样的变化 ,都能保证转子朝一个方向转动。导向叶片之间相互联通 ,可使转子即使在波浪较小时也能快速转动。经研究人员测试 ,这种新型涡轮的峰值功率为常规波浪能转换装置如Ｗｅｌｌｓ式涡轮的 1 5倍 ,如将较弱波浪能量的利用也考虑在内 ,则新型涡轮的平均输出功率将为Ｗｅｌｌｓ式涡轮的 …     

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。     

黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

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。     

波浪能压力泵运行特性的试验研究

波浪能压力泵是利用波浪能直接进行海水淡化的核心部件之一,其运行特性直接影响到波浪能海水淡化的效率。本文对振荡双浮子波浪能压力泵进行了物理试验研究,分析得到负载压强和波浪要素对波浪能泵出水流量和波浪能转换为液压能效率的影响规律。试验结果表明,对于固定尺寸的波浪能泵系统,存在着与之匹配的波浪周期条件,可取得最大流量和效率;波高越大,出水流量越大,效率越高;负载压强越大,流量越小,效率先增后减且存在着最优负载压强条件。     

水能资源

正指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。水能是一种可再生能源(见新能源与可再生能源)。到20世纪90年代初,河流水能是人类大规模利用的水能资源;潮汐水能也得到了较成功的利用;波浪能和海流能资源则正在进行开发研究。     

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。     

静水池振荡水柱波能转换模拟系统的建模与分析

本文的目的在于建立静水池振荡水柱波能转换模拟试验装置的数学模型。这一装置已成功地用于BD系列航标灯用波力发电机组的设计。文中分别对系统带喷嘴和带对称翼透平时的性能和动力响应进行了计算与分析。数值计算结果与试验结果吻合良好。文中还对振荡水柱波能转换系统建模与参数选择中的某些问题进行了讨论。