内置式波浪能发电装置的设计与分析

摘要

随着世界社会和经济的繁荣发展,能源问题也越来越突出。波浪能是一种品质较好的绿色能源,波浪能的研发和利用对解决现代社会的能源危机以及实现社会的可持续发展具有非常重要的意义。
　　本文先简要说明了目前国际上和国内波浪能发电领域的研究动态,按国际上比较流行的分类方式总结和分析了各类波浪能发电技术,并对比了其各自的优势和劣势。在充分理解其规律和利弊的基础之上,根据我国海洋的实际情况,设计了一种内置式波浪能发电装置,该装置采用全封闭式的结构,简单可靠且不易受海水腐蚀,最终的转换装置采用永磁直线发电机,转换效率较高,可实现一种新的易于商业化及低成本的波浪能发电技术。本文所做的主要工作有:
　　(1)通过阅读相关文献总结世界波浪能发电领域的技术,借鉴其原理和优势设计了一种内置式波浪能发电装置,对包括浮体、内置结构、直线发电机等在内的主要结构部件进行了设计和绘制,并详细介绍了该装置的工作原理;
　　(2)建立了波浪能转换装置的系统动力学模型,得出动力学方程。并利用基于线性势流理论的边界元方法计算了浮体在波浪作用下的运动响应及水动力学系数等;
　　(3)利用Aqwa软件对浮体与波浪的相互作用进行数值仿真,并讨论了浮体参数和波浪参数对波浪能转换性能的影响,对浮体进行了针对性的优化;
　　(4)对装置所采用的直线发电机模型进行了设计,并在简要介绍了直线发电机和电磁场原理的基础上,利用Ansys Maxwell软件对直线发电机进行数值仿真计算,为后续的改善和优化打下基础;
　　(5)利用Adams软件对发电装置的内置结构进行动态仿真计算,证实了本装置尤其是内置机构设计的可行性,并讨论杆的比例、弹簧系数与球的质量等参数对能量转换效率的影响,进行了相关的优化研究分析。并初步简单计算了本装置对波浪能的转换效率。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3常用波浪能转换装置

1.4 研究意义及主要内容

2 内置式波浪能发电装置的设计

2.1 波浪能的转换

2.2 方案设计与分析

2.3 动力学模型

2.4 本章小结

3 水动力学分析理论与计算

3.1 波浪理论

3.2 波浪与浮体水动力分析的边界元法

3.3 浮体的水动力学计算

3.4 本章小结

4 直线发电机

4.1 直线发电机的简介

4.2 电磁场基本理论

4.3 Maxwell仿真分析

4.4 本章小结

5 系统的仿真、优化与效率计算

5.1 浮体参数的优化

5.2 内置结构的仿真与优化

5.3 发电效率计算

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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