波能测试区波浪运动数学模型的研究

摘要

传统化石能源的利用对生态环境造成危害，以及未来将要面临能源短缺和资源枯竭，使得可再生能源能得到越来越多的重视，它具有使用清洁、不会枯竭等特性，其中分布广泛、存储量大的海洋能属于清洁能源，对海洋能进行开发利用是世界发展的趋势和关键。在海洋能中，波浪能的理论利用量和实际开发量最大，对波浪能开发技术进行研究能够有效地解决资源耗尽和生态恶化等问题。为了检测和评估各海洋能技术的研发，确保研发技术的可行性，海洋能试验与测试场建立是非常有必要的。由于海域面积的有限性，如何在有限的范围内尽可能放置多的装置，提高海域的使用效率，减少海域的占用，则需要考虑装置对波浪场的影响距离和影响面积，为装置的合理布局提供科学的依据。
　　根据 N-S方程，沿水深对三维流体进行垂向积分，系统地推导了二维Boussinesq方程。以二维Boussinesq方程为基本控制方程，采用全隐式差分的离散格式和正方形网格，建立了平面二维波浪数学模型，采用追赶法进行求解，提出了可以模拟线性波浪的垂直入射和斜向入射边界条件的控制方法，计算模拟了各种波况下的波浪场。
　　将建立的波浪模型应用于大万山波浪试验场，研究大万山岛南部波浪能测试区中泊位运行时被测发电装置对周围波浪场的水动力影响，模拟线性波在计算海域的运动传播，以及装置无锚固时在波浪中的自由运动过程，装置锚固时对波浪场的影响，定性地分析了不同潮位、波高、波周期下的波浪场。根据试验场中的实际情况，分别模拟了波能有无衰减的波浪场，统计了各计算方案中装置对波浪场的影响距离和影响面积。

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第1章绪论

1.1 课题研究背景

1.2 波能的开发利用

1.3 海洋能海上测试场的发展

1.4 本文的主要工作内容

第2章波浪的理论基础及其计算方程

2.1 势波波浪理论简介

2.2 随机波浪理论

2.3 波浪计算模型

第3章数学模型控制方程的推导及离散

3.1 二维Boussinesq方程的推导

3.2 方程的离散

3.3 边界的处理

3.4 模型验证

第4章波能测试区数学模型的建立及应用

4.1 项目概况

4.2 模型的建立

4.3 装置在波浪场中的运动

4.4 波浪发电装置对波浪运动的影响

4.5 考虑波能衰减后的波浪场

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢