振荡浮子式波浪能采集系统的仿真及实验研究

【摘要】：随着传统能源的日渐消耗,开发清洁的可再生能源越来越成为世界各国关注的热点问题,海洋能源以其储量丰富、清洁无污染等多种优点成为多国开发的重点领域。本论文从数值模拟和物理实验两个方面对振荡浮子式波浪能采集系统进行了研究。 论文首先介绍了国内外波浪能发电技术的研究现状,并指出了波浪能发电技术存在的问题和前景,重点介绍了数值波浪水槽的研究进展,提出了论文的主要研究工作和创新点。 然后,论文介绍了FULENT软件的动网格技术和用户自定义函数等相关知识,对数值造波和消波理论进行了阐述；详细介绍了线性小振幅波和二阶stokes波模拟的基础理论,建立了二维数值波浪水槽,各模拟了两种规则波的三组不同参数波,并对模拟结果进行了分析,模拟结果与解析值符合良好；利用动网格技术,采用半耦合的方法,分析浮子与波浪的相互作用问题,模拟得出了三种不同波浪条件下浮子的垂直波浪力和水平波浪力,并将垂直波浪力作为浮子振荡系统的输入,利用动力学分析软件ADAMS构建浮子振荡系统,仿真分析了对系统性能具有重要影响的三个主要因素,对样机的初始设计方案进行了优化。 接着,详细介绍了波浪能实验平台的组成结构及功能,对浮子装置进行模型试验,分析了几种工况下浮子系统的输出功率,进一步优化了样机设计方案。 通过对振荡浮子式波浪能采集系统进行数值模拟和物理实验研究,为海上工程样机的设计提供了有效的依据。 【关键词】：振荡浮子系统 数值波浪水槽 半耦合 造波 模型试验 输出功率
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P743.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景和意义9-13
• 1.1.1 国外振荡浮子式波能发电装置研究现状9-11
• 1.1.2 国内振荡浮子式波能发电装置研究现状11-12
• 1.1.3 波浪能发电装置存在的问题12-13
• 1.1.4 振荡浮子式波浪能发电装置发展前景13
• 1.2 数值波浪水槽的研究进展13-14
• 1.3 论文的主要研究工作14-16
• 第2章 数值模拟理论介绍16-30
• 2.1 CFD应用软件-FLUENT软件简介16-19
• 2.1.1 FLUENT软件基本介绍16
• 2.1.2 动网格技术16-18
• 2.1.3 用户自定义函数(UDF)18-19
• 2.2 数值造波与消波19-27
• 2.2.1 数值造波19-24
• 2.2.2 数值消波24-27
• 2.3 规则波模拟理论基础27-29
• 2.3.1 线性小振幅波理论28
• 2.3.2 Stokes有限振幅波理论28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 数值波浪水槽的建立及验证30-42
• 3.1 控制方程及初边值条件30-31
• 3.1.1 控制方程30
• 3.1.2 初边值条件30-31
• 3.2 自由面追踪方法—VOF方法31
• 3.3 模型离散方法—有限体积法31-35
• 3.3.1 计算区域的离散化32-33
• 3.3.2 控制方程的离散化33-35
• 3.4 流场数值解法—PISO35-37
• 3.5 数值模拟结果与分析37-41
• 3.5.1 模型建立与网格划分37
• 3.5.2 边界条件设置37
• 3.5.3 消波方法介绍37-38
• 3.5.4 模拟结果与分析38-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 浮子系统的数值模拟及分析42-56
• 4.1 浮子与波浪相互作用的数值模拟42-46
• 4.2 浮子振荡系统的数值模拟46-55
• 4.2.1 浮子臂夹角的数值模拟48-49
• 4.2.2 液压缸下端连接浮子臂的位置的仿真分析49-53
• 4.2.3 液压缸上端连接平台支架位置的仿真分析53-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 振荡浮子系统的实验研究56-70
• 5.1 波浪能实验平台介绍56-58
• 5.2 浮子系统实验内容58
• 5.3 浮子系统具体实验实施方案58-61
• 5.3.1 浮子特征参数的实验研究58-59
• 5.3.2 浮子臂特征参数的影响研究59
• 5.3.3 波浪因素的影响研究59-60
• 5.3.4 阵列浮子布置方式的实验研究60-61
• 5.4 实验结果与分析61-69
• 5.4.1 造波机的测试实验61-63
• 5.4.2 浮子形状实验研究63
• 5.4.3 浮子初始吃水深度的影响实验63-65
• 5.4.4 负载重物重量的影响实验65-67
• 5.4.5 波高对浮子输出功率的影响实验67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果75-76
• 致谢76

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