浮力摆式波浪能转化装置的数值模拟

摘要

海洋能是储藏于海水中的可再生能源，它所含资源丰富，具备大规模开采的资源条件和技术潜力，能够为将来社会和经济的发展供应充足的资源。本文选取波浪能资源较为丰富的浙江省内舟山群岛附近海域作为研究区域，以浮力摆式波浪能发电装置作为研究对象，根据微幅波波浪理论，应用频域分析方法，针对长方形浮力摆、正方形浮力摆、圆形浮力摆等三种模型进行仿真模拟，并对其模拟结果进行对比分析，以期为将来进行的工程实践应用及进一步优化研究工作提供有价值的理论依据。论文主要内容如下:
　　(1)阐述了波浪的基本理论，介绍了实际工程中通常采用的微幅波理论（Airy波理论），求解了在微幅波理论下波面的基本方程，并分别描述了浅水波、中等水波、深水波中波浪的速度势、波速、波长以及运动轨迹。然后介绍了采用解析方法分析波浪在二维物体作用下的频域解，利用所给的边界条件求解浮力摆运动过程中左右两侧的速度势分布，进而得出浮力摆在实际海域中所受波浪复杂的反射、绕射等影响所产生的水动力学性能。
　　(2)阐述了浮力摆式波浪能发电装置的基本组成，从浮力摆的翼型、液压/气压系统、液压/气压马达、发电机系统四个方面分别进行了简述。接着又分析了我国各地海洋的基本海况，选取了波浪能资源较为丰富的浙江省内舟山群岛附近海域作为本文的研究区域。最后计算了浮力摆分别在微幅波作用下和频域分析模型作用下，浮力摆波浪能发电装置的受力情况以及水动力性能。
　　(3)阐述了长方形浮力摆、正方形浮力摆、圆形浮力摆三种模型在虚拟样机分析应用软件ADAMS下的模拟仿真结果，并分别对三种模型在微幅波作用下和频域分析模型作用下的模拟结果进行了对比分析，其结果显示:在浮力摆所受波浪作用条件以及受力面积一样的情况下，圆形浮力摆所受波浪力的作用、水平位移的变化、水平速度的变化以及左右液压缸的受力都是最大的，正方形浮力摆次之，长方形浮力摆最小。所以选择圆形浮力摆作为最终的浮力摆模型，更有利于波能转化装置的发电。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 振荡水柱技术研究现状

1．2．2 越浪技术研究现状

1．2．3 振荡浮子技术研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 微幅波理论及频域分析

2．1 微幅波理论的基本方程

2．2 波浪水质点运动轨迹

2．3 波浪对浮力摆作用的频域解

2．3．1 水动力分析的频域势流方法

2．3．2 浮力摆运动的频域分析模型

2．4 本章小结

第3章 浮力摆水动力分析

3．1 浮力摆式波浪能发电装置的构成

3．2 中国各地基本海况分析

3．3 浮力摆在微幅波下的受力分析

3．4 浮力摆在频域分析模型下的受力分析

3．5 浮力摆水动力性能

3．6 本章小结

第4章 浮力摆仿真模拟

4．1 ADAMS软件简介

4．2 微幅波下浮力摆仿真模拟

4．2．1 长方形浮力摆仿真模拟

4．2．2 正方形浮力摆仿真模拟

4．2．3 圆形浮力摆仿真模拟

4．2．4 微幅波下三种模型仿真模拟对比分析

4．3 浮力摆在频域分析模型下仿真模拟

4．4 模拟结果对比分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢