带水平底板的振荡水柱波力发电装置转换效率的研究

摘要

海洋中具有丰富的波浪能资源，而如何有效的开发和利用波浪能一直是全球关注的热点问题之一。振荡水柱波力发电装置，是目前世界上研究投入力度最大且最有应用前景的波浪能转换装置之一。
　　本文基于势流理论，利用匹配特征函数展开法，求解了微幅波与离岸式振荡水柱(OWC)波力发电装置相互作用的边界值问题;同时，借助FLUENT软件及其用户自定义函数(UDF)，建立了二维完全非线性波-OWC装置数值模型。在理论和数值结果吻合良好的基础上，分析了波浪作用下OWC装置吃水深度、气室宽度以及墙体厚度对波能转换效率的影响。此外，依靠数值模型，模拟了入射波高变化对OWC工作效率的影响。最后，本文提出了一种带水平底板的OWC装置模型，分析了水平板浸没深度及长度对气室内水面振幅的影响;此外，还考虑了空气透平参数对OWC工作性能的影响。
　　研究表明:OWC装置吃水深度的增大会导致其高效频率带宽变窄，峰值向低频区移动;墙体厚度的增加会导致高频区波能转换效率下降，但对低频区影响较小;气室宽度的增大会导致其高效频率带宽变宽，峰值向低频区移动。此外，波高的增大会导致波能转换效率下降，在共振频率附近尤为明显。OWC底部水平板的浸没深度会影响气室内的水面振幅，在高频区尤为明显。随着浸没深度的增大，低频区气室内水面振幅减小，在高频区则增大;装置的共振频率向高频区移动。气室外位于水平板上方的水体，在入射波作用下会发生共振现象，选取合适的水平板长度，能加剧气室内的水面波动，使得高水面振幅对应的频率带宽变宽。此外，不同波浪频率下空气透平的最优参数不同;在低频区，空气透平参数对波能转换效率的影响较小，而在高频区则影响显著。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．3 本文的研究内容及主要创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 主要创新点

2 数值波浪水槽的建立

2．1 数值波浪水槽概述

2．2 控制方程及造波、消波方法

2．2．1 控制方程

2．2．2 造波与消波方法

2．3 波浪模拟的数值方法

2．3．1 自由表面的处理方法

2．3．2 流场的数值解法

2．4 入、反射波的分离方法

2．5 数值计算

2．5．1 计算区域

2．5．2 边界条件

2．5．3 离散格式及求解

2．6 计算结果及分析

2．6．1 数值水槽的收敛性分析

2．6．2 波浪与方箱相互作用

2．7 小结

3 离岸式振荡水柱波力发电装置的理论及数值研究

3．1 OWC理论模型的建立

3．1．1 控制方程及边界条件

3．1．2 求解过程

3．1．3 结果及其讨论

3．2 OWC数值模型的建立

3．2．1 空气透平(PTO)的处理

3．2．2 波能转换效率的计算

3．2．3 OWC数值模型的验证

3．3 结构尺寸对波能转换效率的影响

3．4 入射波高对波能转换效率的影响

3．5 小结

4 带水平底板的OWC波力发电装置的数值研究

4．1 新型OWC装置模型的设计思路

4．2 新型OWC装置模型的相关水动力特性研究

4．2．1 底部水平板对气室内水面波动影响的初步探讨

4．2．2 底部水平板浸没深度对气室内水面波动的影响

4．2．3 底部水平板长度对气室内水面波动的影响

4．3 空气透平参数对OWC装置工作性能的影响

4．4 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表学术论文情况