摆动式波浪力发电试验研究

摘要

波浪能具有环保、储量丰富和可再生等优势，从而受到高度重视，摆动式波浪力发电技术因其具备较宽的频率响应特性、能源转换率高和抗波浪冲击强等优点，其实用价值和商用价值在研究中不断体现出来。虽然国外摆式波浪力发电技术应用已经非常广泛，但是在我国其发电技术研发相对落后，因此结合我国海洋实际情况自主研发摆动式波浪力发电技术显得尤为重要。
　　本文应用线性波理论对波浪的运动过程进行了分析，研究了摆动式波浪力发电技术的理论基础，并针对传统的三级能量转换摆动式波浪力发电装置工作过程中输出不稳定的缺点，提出一种采用四级能量转换的发电试验方案，在能量转化过程中增加了液压能转换环节，应用现代设计方法设计了一种摆动式波浪力发电试验装置，对其工作原理、主体结构和工作过程进行了研究。
　　其次，论文根据摆动体与海水的动力学关系，构建了摆动体能量转换数学模型，研究了装置的固有频率、阻尼比、最大摆角位移和能量转换效率，采用机械设计理论对摆动体整体结构以及关键零部件摆轴和销轴进行了设计分析，并用理论分析与数值模拟相结合的手段，对发电试验装置摆动体竖直位置和左侧极限位置的受力情况与运动特性进行了分析。
　　随后，论文针对液压系统在能量转换过程中的作用，研究了液压传动系统的组成及工作原理，对液压泵、液压马达、液压蓄能器、单向阀以及沉箱的工作性能进行了研究，在此基础上分析了整个液压系统的功率、效率和扭矩特性。
　　最后，论文针对摆动式波浪力发电试验装置发电过程中的能量转换性能进行了研究，分析其能量转换系统模型，对试验装置的系统响应特性进行研究，进而基于MATLAB软件研究了波浪式发电试验装置的发电功率及摆动体质量、宽度、波浪周期和波浪高度对发电功率的影响。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪 论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究目的及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 国外研究发展状况

1.2.2 国内研究发展状况

1.2.3 国内外研究波浪力试验的现状

1.3 课题主要研究内容

2 摆动式波浪力发电试验方案和总体设计

2.1 摆动式波浪力发电试验装置分析

2.1.1 线性波的波动方程

2.1.2 线性波的弥散关系

2.2 摆式发电试验分析

2.2.1 工作原理介绍

2.2.2 总体方案

2.3 主体结构及其工作过程

2.4 本章小结

3 摆动式波浪力发电试验装置摆动体设计与动力学分析

3.1 摆动体能量转换数学模型

3.2 摆动体关键零部件分析

3.2.1 摆动体整体结构分析

3.2.2 摆轴结构分析

3.2.3 销轴结构分析

3.3 摆动体力学特性分析

3.3.1 竖直位置摆动体的动力学特性

3.3.2 左侧极限位置摆动体动力学特性分析

3.4 摆动体关键零部件力学特性分析

3.4.1 连杆力学特性分析

3.4.2 摆轴力学特性分析

3.4.3 轴承力学特性与疲劳特性分析

3.5 本章小结

4 摆动式波浪力发电试验液压系统分析

4.1 液压传动系统组成及工作原理

4.2 液压泵与液压马达

4.2.1 液压泵的非线性分析和功率分析

4.2.2 液压马达

4.3 液压蓄能器和单向阀

4.4 沉箱结构分析

4.5液压传动系统工作特性分析

4.6 本章小结

5 摆动式波浪力发电系统建模与仿真

5.1 发电系统的SimScape建模

5.2 发电运行仿真

5.3 本章小结

6 摆动式波浪力发电试验装置能量转换性能研究

6.1 波浪式发电试验装置能量转换系统模型

6.2 波浪式发电试验装置响应特性分析

6.3 波浪式发电试验装置发电功率

6.4 主要参数对装置发电功率的影响分析及分析对比

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况