面向航标的波浪能利用研究

【摘要】：本文依托大连市2009年度科技计划项目(2009E13SF177),主要针对航标装置的能源问题,进行新能源和可再生能源的研究和开发。目前航标装置上利用的能源主要包括：陆地电池、柴油发电机等常规能源和太阳能发电、风力发电等可再生能源,而对于储量丰富、开发潜力深厚的海洋能却利用甚少。本文重点研究在航标装置上利用波浪能发电,实现装置对电能需求的自给自足。 首先,本文对传统航标上利用波浪能发电的装置,以及文献中涉及的波力发电航标装置的结构和原理进行研究,分析其优势和弊端,同时结合大型波浪发电的成熟技术,综合航标的特殊性和要求,提出利用液压传动和电磁发电技术相结合的设计思路。 第二,分析研究现有波浪理论的适用范围,确定以微幅波理论(Airy波理论)为本文研究的理论基础。充分利用波浪特性,以AutoCAD软件为工具进行波浪能利用航标装置的设计。设计装置包括波能吸收机构和波能转换机构。波能吸收机构是采用浮子跟随波浪垂向运动采集波浪能的结构形式；波能转换机构则采用液压传动和电磁发电相结合的混合形式,以达到提高装置波能利用效率的目的。 第三,在装置结构设计的基础上,重点对浮子式波能吸收机构和液压传动波能发电机构进行研究。分析不同形状浮体所受波浪力作用的大小,从而确定浮子的形状,同时利用浮子和波浪共振特性提高浮子的波能吸收效率,并由此确定浮子的结构参数。设计波能转换机构的液压系统,并给出关键元件的选型原则。 第四,对所设计系统进行建模,并利用MATLAB/SIMUlink软件对其进行仿真实验,验证结构的合理性,并对其进行再优化设计。 【关键词】：波力发电 航标装置 结构设计 建模与仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U644
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题的来源及提出11
• 1.2 课题的研究背景及意义11-15
• 1.2.1 航标及航标能源现状11-14
• 1.2.2 波浪能及其利用技术14-15
• 1.2.3 本课题的研究意义15
• 1.3 波浪能航标的研究现状15-17
• 1.4 课题的主要内容及工作17-19
• 第2章 波浪理论分析与推导19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 波浪理论分析及选定19-22
• 2.2.1 波浪的基本概念19-20
• 2.2.2 波浪理论的种类及其适用范围20-22
• 2.2.3 波浪理论的选定22
• 2.3 微幅波理论(Airy波理论)22-27
• 2.3.1 微幅波理论的基本方程22-24
• 2.3.2 波浪的势函数24-26
• 2.3.3 压强和波浪能26-27
• 2.4 海浪谱及波浪力计算27-29
• 2.4.1 海浪谱简介27-28
• 2.4.2 弗汝德—克雷洛夫假定法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 波力发电航标装置的设计30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 设计难点及思路30-31
• 3.2.1 传统波力发电航标装置存在的问题30
• 3.2.2 设计思路30-31
• 3.3 波力发电航标装置的设计31-37
• 3.3.1 装置的结构形式31-34
• 3.3.2 装置的工作过程34-35
• 3.3.3 装置的可行性分析35-37
• 3.3.4 装置的简化模型37
• 3.4 波能吸收机构的设计37-45
• 3.4.1 波浪特性分析及其应用37-39
• 3.4.2 浮子的设计39-44
• 3.4.3 浮体的设计44-45
• 3.5 液压波能转换系统的设计45-48
• 3.5.1 液压系统的设计45-46
• 3.5.2 关键元件的选型原则46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 系统参数设计及数学模型的建立49-62
• 4.1 波能吸收机构分析49-57
• 4.1.1 浮子的动态起伏位移分析49-52
• 4.1.2 浮子受力的动态分析52-54
• 4.1.3 浮体的受力与运动状态分析54-56
• 4.1.4 系统波能吸收效率分析56-57
• 4.2 液压系统关键元件的选型57-59
• 4.2.1 液压缸的选型57-58
• 4.2.2 液压马达的选型58-59
• 4.3 系统数学模型的建立59-61
• 4.3.1 系统简化模型59-60
• 4.3.2 浮子机构的数学模型60
• 4.3.3 液压缸的数学模型60-61
• 4.3.4 单向阀块的数学模型61
• 4.3.5 液压马达的数学模型61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 系统仿真实验及分析62-76
• 5.1 引言62
• 5.2 系统仿真实验及分析62-75
• 5.2.1 系统仿真模型的搭建62-66
• 5.2.2 仿真结果分析66-68
• 5.2.3 系统的影响因素分析68-75
• 5.3 系统结构优化75
• 5.4 本章小结75-76
• 第6章 结论及展望76-78
• 6.1 本文工作总结76
• 6.2 研究展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读学位期间申请的国家专利81-82
• 致谢82-83
• 研究生履历83

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