跷跷板式波浪能发电装置研究

论文摘要

进入21世纪后,各国综合国力不断增强,但经济的发展离不开能源资源,随着传统三大化石能源-石油、煤炭、天然气储量的逐渐减少,经济发展与能源短缺之间的矛盾日益突出。绿色可再生能源取之不竭,使用时无二次污染,是一种理想的清洁能源。波浪能作为海洋能的一种,具有能量密度高,无污染,分布广泛的优点,目前波浪能利用的相关研究正逐渐成为各个国家的发展重点。在目前波浪能技术发展的基础上提出一种新型的基于横摇运动的跷跷板式波浪能发电装置（WEC）,主要研究工作包括:首先,介绍跷跷板式波浪能发电装置的工作原理、结构组成。装置主要由水面俘能浮体和水下阻尼板两部分组成,浮体在海浪的作用下产生相应的运动,而水下阻尼板作为参考体处于相对静止状态。装置吸收两者相对运动的能量,配合装置中的其他机构将横摇运动的能量转化为电能。其次,根据装置的工作原理,结合耐波性原理,建立装置的横摇运动方程,分析装置运动特点。使用CFD软件STAR-CCM+对装置浮体进行水动力学仿真。简述了根据仿真实验需要建立数值水池的过程。研究装置在不同波浪参数下的运动响应及载荷情况。改变波浪的波高和波幅进行相应的计算并得到最优波浪频率。通过改变装置自身参数研究相关参数对装置浮体运动及功率的影响,得到最优工况参数。最后根据水动力仿真的结果设计制造小尺寸原理样机,对装置的工作可行性进行验证。通过制作实验样机,搭建无水试验台架来进行波浪模拟实验,采集相关数据。通过改变波浪参数进行多组实验,实验表明随着波浪波幅的增大,装置的最大功率增大。最终证明跷跷板式波浪能发电装置在波浪作用下具备一定的发电能力。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及意义
•   1.2 国内外波浪能发电技术进展
•   1.3 波浪能发电装置水动力性能研究现状
•   1.4 波浪能发电装置发展问题及趋势
•     1.4.1 波浪能发电装置存在的问题
•     1.4.2 波浪能发电装置发展方向
•   1.5 课题来源及研究内容
•     1.5.1 课题来源
•     1.5.2 研究内容
• 第2章 跷跷板式波浪能发电装置运动模型
•   2.1 波浪能与波浪理论
•     2.1.1 波浪的基本属性
•     2.1.2 理想流体控制方程与边界条件
•     2.1.3 波浪理论
•   2.2 跷跷板式波浪能发电装置运动分析
•     2.2.1 跷跷板式波浪能发电装置工作原理
•     2.2.2 计算坐标系
•     2.2.3 浮体横摇运动模型
•   2.3 本章小结
• 第3章 跷跷板式波浪能发电装置CFD研究
•   3.1 装置模型建立
•   3.2 数值水槽建立
•     3.2.1 计算域及网格划分
•     3.2.2 物理模型选择
•     3.2.3 时间步长的选择
•     3.2.4 运动模型及动态流固耦合（DFBI）
•     3.2.5 数值水池可视化及波浪生成
•   3.3 装置在静水中的自由横摇运动
•     3.3.1 装置仿真模型建立
•     3.3.2 装置静水运动响应分析
•   3.4 波浪参数对装置运动响应的影响
•     3.4.1 波长对装置浮体运动的影响
•     3.4.2 波幅对装置浮体运动的影响
•   3.5 PTO阻尼对装置运动响应的影响
•     3.5.1 计算参数设置
•     3.5.2 PTO阻尼力矩对装置浮体运动的影响
•   3.6 PTO舱段质量分布对装置运动响应的影响
•     3.6.1 计算参数设置
•     3.6.2 PTO舱段质量分布对装置浮体运动的影响
•   3.7 装置阻尼板运动响应分析
•     3.7.1 阻尼板在静水域内的运动响应
•     3.7.2 尺寸对阻尼板运动的影响
•   3.8 本章小结
• 第4章 原理样机制作及实验
•   4.1 发电装置原理样机制作
•     4.1.1 装置框架及浮筒的装配
•     4.1.2 PTO舱段装配
•   4.2 发电可行性实验
•     4.2.1 无水实验台架
•     4.2.2 发电实验
•   4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周建林

导师: 赵江滨

关键词: 波浪能发电装置,跷跷板式,横摇运动,计算流体力学,样机实验

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 武汉理工大学

基金: 工信部高技术船舶科研项目—浮式保障平台工程(二期)工信部联装[2016]22号

分类号: P743.2;TM612

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000527

总页数: 83

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