浮子式海洋波浪能转换装置设计试验研究

摘要

随着石油和其他化石能源的日渐枯竭，海洋波浪能作为一种高效、清洁、储量大的新型可再生能源越来越受到重视。但在实际应用中波浪能存在采集难，波动大，成本高的问题，因此为解决以上问题，本文分别从浮子选型与受力、随机波浪分析、高效转换机构设计以及整体安全性能寿命对波浪能的应用进行考虑考虑。进而提出了一种更加契合实际应用的浮子式波浪能转换装置的设计试验研究课题。 本文通过线性波理论研究波浪运动规律，分析弗汝德-克雷洛夫假定法，分别对长方体浮子、垂直圆柱体浮子和球体浮子进行了波浪力的分析计算，计算并对比这三种常见浮子的受力和振幅进行，确定浮子式波浪能转换装置的最佳浮子选型。 根据线性波理论和振动理论建立浮子受力运动的阻尼振动模型，推导装置在规律波浪条件下的功率匹配关系公式，通过代入实际波浪参数，对波浪能应用技术的规律进行研究，使用Adams软件建立浮子受力的仿真模型，研究在随机波浪条件下的发电功率和发电效率计算。 根据浮子式海洋波浪能转换装置的发电规律，进行了实验台的设计与搭建；然后通过实验室模拟海浪和现场试验两种途径分别对模型试验台进行试验，对实验数据进行分析，并验证前面理论推导的设计规律的合理性。 根据试验台的试验结论，结合实际的海浪情况对试验台进行改进，对装置的结构进行防腐和密封处理，并且解决海浪的涨落对装置发电效的影响，运用有限元分析软件对结构的安全性进行评估，最终完成能够应用于实际海浪环境的大功率浮子式波浪能转换装置的设计。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及课题来源

1.2海洋波浪能转换装置概述

1.2.1海洋波浪能转换装置发展历程

1.2.2海洋波浪能转换装置的分类及优缺点

1.3国内外研究现状

1.3.1国外海洋波浪能转换技术方面的现状

1.3.2国内海洋波浪能转换技术方面的发展情况

1.4 主要研究内容、技术路线和创新点

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 主要技术路线

1.4.3 本文主要创新点

第二章 线性波理论及浮子受力分析

2.1线性波理论概述

2.1.1线性波理论的边界条件

2.1.2基本方程的解

2.1.3弥散关系

2.1.4波浪水质点的速度场、加速度场以及运动轨迹

2.1.5波动能量

2.2浮子受力的分析计算

2.2.1 Froude-Krylov假定法

2.2.2长方体浮子的波浪力

2.2.3垂直圆柱体浮子的波浪力

2.2.4球体浮子的波浪力

2.2.5其他形状浮子的研究

2.3本章小结

第三章 规律波浪和随机波浪条件下的功率匹配研究

3.1 装置的匹配功率关系公式推导

3.1.1 浮子运动受力数学模型的建立

3.1.2 浮子半径的确定

3.1.3 阻尼系数和弹性系数的近似求解

3.1.4 装置匹配功率的关系公式

3.2 主要参数对装置匹配功率的影响

3.3 波浪能转换装置在随机波条件下的功率计算

3.3.1 理论模型与仿真模型的对比

3.3.2 在不同周期和波高下变化规律研究

3.3.3 不同的波浪周期波高下的发电功率和效率

3.3.4 在随机波浪下的平均发电功率和平均发电效率计算

3.4 本章小结

第四章 模型试验台的搭建与试验测试

4.1模型试验台搭建目的及要求

4.2模型试验台的组成及工作原理

4.2.1模型试验台的组成

4.2.2模型试验台的工作原理

4.3 模型试验台的搭建

4.3.1模型试验台的标准件选取

4.3.2模型试验台的完成

4.4 试验台基本参数及试验分析

4.4.1 试验台的结构与参数确定

4.4.2 实际的输出电压变化曲线

4.4.3 试验台实际的最大输出功率测试

4.5试验台理论转换效率的计算

4.5.1第一级转换效率的计算

4.5.2第二级转换效率的计算

4.5.3第三级转换效率的选取

4.5.4理论转换效率与实际转换效率的对比

4.6现场试验

4.7本章小结

第五章 浮子式海洋波浪能转换装置的设计

5.1浮子式海洋波浪能转换装置的改进

5.1.1方案改进过程

5.2浮子式海洋波浪能转换装置的设计

5.2.1 装置的主要尺寸以及选型

5.2.2 行程调节的液压控制系统

5.2.3 装置的密封和防腐结构设计

5.3关键结构强度的有限元分析

5.3.1 传动支架结构的强度分析

5.3.2 主轴支架的强度分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

1、论文总结

2、下一步 建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢