振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析

摘要

波浪能是海洋能中品质比较高的一种能源，对其进行研究、开发和利用对实现能源的可持续发展、满足人类对能源的需求具有十分重要的战略意义。
　　本文首先分析了国内外波浪能发电技术的研究现状，并对一些常见的波浪能发电装置进行了总结，对其工作原理及优缺点进行了对比分析，在此基础上，根据我国的实际海况，设计了一种基于海洋平台的振荡浮子式波浪能发电装置，该装置的大部分零部件均处于密封的海洋平台上，可以有效地避免零部件被海水腐蚀。另外，装置采用双面齿条作为传动机构，可以较大限度地提高对波浪能的利用率。
　　（1）设计了一种振荡浮子式波浪能发电装置，并对其工作原理进行了分析。结构设计包括传动部件设计，海洋立柱设计以及工作平台设计，装置的大部分零部件均处在密封的海洋平台中，可以较好的避免被海水腐蚀。
　　（2）根据微幅波理论的相关知识，建立了波浪中水质点运动的数学模型，根据所建的数学模型对水质点的速度和加速度的运动规律进行了研究，并求出了水质点的运动轨迹方程，同时，也对波浪的压强和波能的数学表达式进行了推导分析。
　　（3）对垂直圆柱形浮体在波浪中的受力进行了分析，建立了浮体运动的微分方程，并采用量纲分析方法推导出了浮体的附加质量、辐射阻尼系数以及粘滞阻尼系数的数学表达式，用Matlab对不同尺寸浮体的运动微分方程进行了求解，根据求解结果对浮体结构进行了优化。
　　（4）利用弗汝德-克雷洛夫假定法分析了垂直圆柱形浮体所受的垂直波浪力，确定了浮体的半径、吃水深度等基本几何参数，计算了浮体的能量吸收率，并建立了发电机输出功率的数学模型，对发电机的输出功率进行了计算分析。
　　（5）通过动力学分析软件ADAMS对发电装置的传动部件进行了动态仿真分析，验证了理论分析的正确性，为物理样机的建立奠定了基础。

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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本课题的研究内容

2 振荡浮子式波浪能发电装置结构设计

2.1 波浪能的转换

2.2 方案设计

2.3 运动特性分析

2.4 本章小结

3 微幅波理论

3.1微幅波理论的基本方程

3.2 推进波的势函数

3.3波浪运动特性

3.4 压强和波能

3.5 本章小结

4 浮体受力分析

4.1 数学模型

4.2 量纲分析

4.3 数值求解及分析

4.4 本章小结

5 浮体所受垂直波浪力及发电机输出功率

5.1 弗汝德——克雷洛夫假定法

5.2 浮体上的波浪力分析

5.3 波浪力计算

5.4浮体的能量吸收率

5.5 发电机输出功率

5.6本章小结

6 动态仿真及分析

6.1计算机辅助分析技术

6.2 虚拟样机技术

6.3 ADAMS软件及其特点

6.4 系统建模及仿真

6.5 仿真结果及分析

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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