带波浪模拟的浮力摆式波浪能发电装置的试验研究

【摘要】：波浪能作为可再生能源其中一种,虽然具有不稳定的特性,但是在全球各类海洋能实际可开发量最大。波浪能具有非常好的开发意义和开发前景,如果开发得当,将成为一种可以提供人类生活生产需要的绿色能源。 在浮力摆式波浪能发电装置的研究过程中,遇到的首要问题就是波浪与浮力摆之间相互作用的问题。对于研究波浪与发电装置之间的相互作用问题,有三种方法,其一是通过模型试验,利用造波机模拟真实的波浪情况,对发电装置放置进行实验研究,其二是通过解析理论或数值方法计算,其三是下海试验现场观测。模型试验虽然能更准确的反应真实的波浪情况,但仍有许多因素是不可控制和不可模拟,且模型试验的耗时长、费用高；下海试验的结果最直观和准确,但相应的成本也非常高,且研究周期长,出现故障也不方便维修处理；随着计算机性能的不断提高,数值模拟的准确性越来越高,可以与试验模拟互补,在波浪能发电装置的前期设计和场地实验中提供参照。对于在三维情况下波浪与浮力摆的作用形式的研究是一个重要而必须的课题。本文正是基于这一点,应用ADINA软件,通过合理的建模及优化,利用流固耦合数学模型,模拟浮力摆与波浪之间的相互耦合作用,并将其施加到浮力摆式波浪能发电装置上,通过模拟和试验研究模拟波浪载荷条件下试验台的工作情况。 论文个章内容简述如下： 第一章介绍了课题研究背景,浮力摆式波浪能发电装置的研究现况,以及本课题的研究意义及内容。 第二章介绍了浮力摆式波浪能发电装置试验台的工作原理和基本组成,对浮力摆式波浪能发电装置试验台的驱动液压系统设计方案、传动液压系统设计方案和控制系统设计方案进行了阐述。 第三章利用ADINA软件,基于数值模拟的相关理论,建立合理的模拟浮力摆在水槽中的运动的结构模型以及流体模型,利用使用流固耦合模型对波浪与浮力摆的相互作用进行数值模拟。得到了在三种不同波况下的浮力摆载荷。 第四章对浮力摆式发电装置的液压系统进行了设计选型,并通过AMESim软件在模拟波浪作用力的条件下对该系统进行了仿真分析。最后对试验台的控制系统以及数据采集系统进行设计。 第五章对浮力摆式波浪能发电装置进行试验,研究浮力摆式波浪能发电装置的在模拟波浪力作用下的性能和工作情况。 第六章对论文进行了总结,并提出了工作展望。 【关键词】：波浪能发电 浮力摆 模拟波浪载荷 流固耦合 液压系统
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P743.2;TM612
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 课题研究的背景和意义12-20
• 1.1 课题研究背景12-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 课题研究意义和研究内容18-20
• 2 浮力摆式波浪能发电装置的原理与设计20-27
• 2.1 浮力摆式波浪能发电装置的原理20-22
• 2.1.1 浮力摆式波浪能发电装置的组成20-21
• 2.1.2 浮力摆式波浪能发电装置的工作原理21-22
• 2.2 浮力摆式波浪能发电装置试验台的设计22-26
• 2.2.1 试验台总体设计方案22-23
• 2.2.2 浮力摆式波浪能发电装置驱动液压系统设计23-24
• 2.2.3 浮力摆式波浪能发电装置传动液压系统设计24-26
• 2.2.4 控制系统方案26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 波浪载荷的数值模拟分析27-43
• 3.1 波浪载荷数值模拟理论基础27-30
• 3.2 波浪载荷数学模型的建立30-35
• 3.2.1 结构模型31-32
• 3.2.2 流体模型32-35
• 3.3 波浪载荷数值模拟结果分析35-42
• 3.3.1 波高2m,波周期6s36-39
• 3.3.2 波高1.8m,波周期5.5s39-41
• 3.3.3 波高1.5m,波周期5s41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 浮力摆式波浪能发电装置的系统设计43-63
• 4.1 发电装置的液压系统设计与选型43-46
• 4.2 发电装置的液压系统仿真分析46-59
• 4.2.1 微幅波作用下液压系统仿真47-50
• 4.2.2 模拟波浪作用力下液压系统仿真50-59
• 4.3 波浪能发电装置的控制系统设计59-60
• 4.4 波浪能发电装置的数据采集系统设计60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 浮力摆式波浪能发电装置试验及结果分析63-75
• 5.1 发电装置试验方案设计63-68
• 5.2 发电装置试验结果分析68-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 论文总结75
• 6.2 工作展望75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士期间的主要科研成果82

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