双浮体波浪能发电装置及其阵列的水动力特性研究

摘要

作为海洋可再生能源中的重要组成部分，波浪能储量巨大，清洁无污染，开发前景广阔，为解决能源危机和环境污染带来了曙光。作为开发利用波浪能的重要结构，振荡浮子式波浪能发电装置以其结构简单，较高的能量转换率和频率响应范围宽等特点正成为国内外研究开发的热点。波浪能的开发正在由近岸走向远海，单浮体波浪能发电装置已不能满足要求，振荡双浮体波浪能发电装置及其阵列越来越受到重视。目前，国内外对于振荡双浮体波浪能发电装置及其阵列研究较少且多采用编程、CFD方法等，比较费时。因此，本文提出通过ANSYS-AQWA方法模拟振荡双浮体波浪能发电装置的运动，并实现了对振荡双浮体波浪能发电装置及其阵列的运动仿真和性能分析。 本文介绍了浮体分析采用的基本理论，包括微幅波理论、频域计算方法、时域计算方法以及多浮体流场基本理论等，并建立了振荡双浮体波浪能发电装置垂荡运动模型。在此基础上，通过采用Fortran语言对AQWA软件进行二次开发计入了PTO影响，实现了对振荡双浮体波浪能发电装置的运动仿真，提出了ANSYS-AQWA计算方法，并针对NREL研究和实验的OPT装置进行了验证分析。 基于提出的ANSYS-AQWA的计算方法，本文针对特定的振荡双浮体模型，分析了振荡双浮体波浪能发电装置的频域水动力性能和时域运动特性，并在此基础上，研究波浪参数（波高，周期）、发电装置参数（浮子吃水、直径和阻尼板直径）和PTO参数（阻尼系数和刚度系数）等对发电功率的影响，为相关研究和设计提供了参考。 单一的振荡双浮体波浪能发电装置对于波浪能的捕获是有限的，为了充分的开发利用波浪能，振荡双浮体波浪能发电装置阵列必然是未来的趋势。本文在振荡双浮体波浪能发电装置的研究基础上，引入波浪能装置阵列的影响因子，采用ANSYS-AQWA计算方法研究了阵列布置间距和浪向等对发电功率的影响，为相关研究提供了一定的参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2振荡浮子发电装置研究现状

1.3振荡浮子发电装置的理论研究现状

1.4主要研究内容

第2章 双浮体波浪能发电装置特性研究的基本理论

2.1浮体运动坐标系

2.2微幅波理论

2.3多浮体流场的基本理论

2.4浮体的频域计算方法

2.5浮体的时域计算方法

2.6本章小节

第3章 双浮体波浪能发电装置特性的研究方法

3.1 OPT发电装置垂荡运动模型

3.2基于势流理论的双浮体波浪能发电装置时域分析方法

3.3 OPT发电装置的数值验证

3.4本章小节

第4章 双浮体波浪能发电装置的特性研究

4.1发电装置的频域水动力性能

4.2发电装置的时域特性分析

4.3发电装置功率的参数化研究

第5章 双浮体波浪能装置阵列的特性研究

5.1波浪能阵列影响因子

5.2波浪能装置阵列的时域运动方程

5.3波浪能装置阵列的功率特性分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A PTO模拟程序

附录B 双浮体波浪能装置运动模拟范例

B.1频域分析

B.2时域运动分析