多节漂浮式波浪发电装置的实验研究

摘要

21世纪,能源紧缺已经成了人类面临的严峻问题。当常规能源已经不能满足社会发展的时候,人们将目光转向了海洋-一个蕴藏着766×108kW可再生能源的绿色能源供应基地。海洋能包括潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能。这几种海洋能人类都在尝试着开发,开发形式也非常多,包括潮汐发电站、海洋温差能发电船,以及各种海流能和潮流能开发装置。本文重点介绍了各种波浪能开发装置,包括波浪理论、波浪能开发装置的组成、波浪能开发装置的关键技术,以及国内外现有的波浪能发电装置。本文研究的是漂浮式波浪发电装置。
　　 本文在线性波理论的基础上,利用弗汝德·克雷诺夫假定,建立了漂浮式波浪发电装置的数学模型。然后,结合渤海湾波浪参数,计算水平圆筒波浪受力情况,并得出了适合渤海湾海域的漂浮式波浪发电装置的尺寸。论文利用CATIA、AMESim4.2等设计软件,设计了多节漂浮式波浪发电装置的关键环节,包括机械机构、液压系统、发电系统和波浪模拟系统。按照设计搭建了实验台,并对实验台进行了调试运行。制定实验方案并进行实验,利用数据采集仪记录各类实验数据。分析结果表明:本装置的机械系统和液压系统效率较高,适合用于波浪发电,但是发电系统效率较低,需要对发电机系统做出改进。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 开发海洋能源的必要性

1.1.2 目前海洋能开发现状

1.2 波浪能储备情况及分布

1.2.1 波浪能储备总体情况

1.2.2 我国波浪能分布的具体情况

1.3 波浪能开发的意义

1.4 本文研究内容

第二章 多节漂浮式波浪发电装置的组成、原理及关键技术

2.1 波浪理论及波浪能

2.1.1 波浪理论

2.1.2 波浪能

2.2 波浪发电装置的组成

2.2.1 一般波浪发电装置的组成

2.2.2 国内外现有波浪发电装置的结构

2.3 多节漂浮式波浪发电装置的介绍

2.4 多节漂浮式波浪发电装置的关键技术

2.5 本章小结

第三章 建立浮体受力的数学模型

3.1 波浪的确定性描述

3.1.1 基本方程和边界条件

3.1.2 线性波浪理论(Airy波理论)

3.1.3 波浪质点的压强分布

3.2 利用弗汝德·克雷诺夫假定求单个浮体受力

3.2.1.波浪力Fv求解

3.2.2 回复力Fs和阻尼力Fc求解

3.2.3 综合受力分析

3.3 具体波浪参数下模型的计算结果

3.3.1 渤海湾波浪参数

3.3.2 渤海海域波浪发电装置的尺寸结构

3.4 本章小结

第四章 实验装置的设计和搭建

4.1 实验装置的组成和工作原理

4.1.1 实验装置的组成

4.1.2 实验装置的工作原理

4.2 装置的机械结构设计及加工

4.2.1 装置设计软件CATIA介绍

4.2.2 装置关键位置的运动分析

4.2.3 装置关键结构受力分析

4.2.4 装置零件结构图及总装图

4.3 液压系统设计

4.3.1 液压系统设计软件AMESim 4.2介绍

4.3.2 液压系统原理图及工作原理

4.4 波浪模拟系统的组成及工作原理

4.4.1 波浪模拟系统的组成

4.4.2 波浪模拟系统的工作原理

4.5 本章小结

第五章 实验数据的采集及处理

5.1 实验方案的制定和数采选择

5.1.1 实验方案的制定

5.1.2 数采选择

5.2 系统压力、系统流量和发电机电压数据分析

5.2.1 系统压力数据分析

5.2.2 系统流量数据分析

5.2.3 发电机电压数据分析

5.3 系统功率和效率分析

5.3.1 各环节功率分析

5.3.2 各环节效率分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢