探究浮子组合型振荡浮子波能发电装置要求

论文导读：
摘要：在能源、环境、经济和人口等多方压力及影响下，探寻和进展新能源的开发利用已经成为大势所趋。在众多新能源中，占地球表面近71%的海洋所蕴含的大量海洋能尤其引人关注，其中波浪能由于具有分布广泛、能流密度高、低廉等特点，至今仍是实用化与商业化程度最高的海洋可再生能源之一。波浪能发电装置形式多样，但可靠性、稳定性和安全性一直是限制波浪能发电装置进展的瓶颈。以国内外进展走势上看，以振荡浮子为能量摄取机构、机械液压为能量传递方式的第三代装置已经成为波浪能开发的主流和热点。本论文提出了一种符合我国波浪能资源特点的振荡浮子波能发电装置，该装置的核心是依靠振荡浮子的运动捕能。将波浪能转化为浮子振动的机械能是该装置能量转换的第一步，直接决定装置的能量转换效率。本论文遴选出了影响浮子捕能效率的因素并对装置浮子进行了优化，主要探讨工作包括：1）以浮子选型的论述浅析入手，针对规则的圆柱形振荡浮子运动特性进行了基于势函数论述和牛顿第二定律的论述浅析，比较了两种解法的论述基础及结果的异同，得到两种解法可以互作验证和参考的结论；进而对圆锥形振荡浮子和球形振荡浮子进行了基于牛顿第二定律的论述浅析，得到在同样波浪条件及静水面圆截面面积相等的情况下，圆锥形浮子捕能效率最优的结论；2）用AQWA软件对以上论述浅析中不同型式的振荡浮子随波运动进行数值模拟，验证了论述浅析的结果，为此类波浪发电装置振荡浮子初步选型提供依据；3）继续用AQWA软件对不同尺寸、不同吃水深度及不同波浪条件下的圆锥形浮子的垂荡运动进行模拟，对浮体进行优化设计；4）将论述浅析和数值模拟的结果与圆柱形浮子的规则波物理模型试验结果进行比较，并浅析产生差别的理由，通过代入经验系数的策略对其进行了拟合。关键词：振荡浮子论文波浪发电论文形状选择论文能量转换效率论文数值模拟论文
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Abstract8-13

1.前言13-33

1.1 论文探讨背景及作用13-19

1.1 波浪能概述13-15

1.2 波浪能开发利用历史15-19

1.3 论文探讨的作用19

1.2 波能发电装置介绍19-32

1.2.1 波能发电装置分类19-20

1.2.2 振荡浮子式波能发电装置的探讨近况及进展走势20-32

1.3 本论文的主要工作32-33

2.三维势流论述基础及装置介绍33-46

2.1 论述基础概述33

2.2 基于势函数论述策略的定解条件及求解33-36

2.1 一阶流场速度势浅析33-34

2.2 三维速度势浅析34-35

2.3 三维速度势求解35-36

2.3 浮子垂荡运动的频域浅析36-37

2.4 浮子的流体静力和动力载荷37-40

2.4.1 在自重、浮力及齿轮阻力的作用下37-39

2.4.2 考虑阻尼和摩擦力的作用39-40

2.5 装置介绍及波浪能转换效率浅析40-42

2.5.1 波浪发电装置能量转换系统介绍40

2.5.2 组合型振荡浮子波能发电装置介绍40-42

2.6 装置转换效率计算42-46

2.6.1 入射波浪总能量计算42-44

2.6.2 吸收波浪能效率计算44

2.6.3 机械能转换效率计算44-46

3. 发电装置浮子的形状选择及运动特性浅析46-89

3.1 圆柱形浮子的运动特性浅析47-75

3.

1.1 国内外关于圆柱体的水动力探讨47-48

3.

1.2 自由漂浮圆柱体的受力浅析48-66

3.

1.3 有阻尼的圆柱体运动特性浅析66-70

3.

1.4 基于势函数论述及牛顿第二定律的两种解的比较浅析70-75

3.2 圆锥形浮子的运动特性浅析75-81

3.3 球形浮子的运动特性浅析81-88

3.4 三种规则形状浮子的论述浅析比较88-89

4. 浮子结构随波性的优化设计89-118

4.1 浮子结构模型的建立89-90

4.2 AQWA 运用软件介绍90-91

4.3 浮子形状与转换效率的联系91-98

4.

3.1 圆柱形浮子的模拟91-93

4.

3.2 圆锥形浮子的模拟93-95

4.

3.3 球形浮子的模拟95-97

4.

3.4 三种不同形状的浮子转换效率比较97-98

4.4 浮子尺寸与转换效率的联系98-论文导读：动振幅及波浪能转换效率的影响98-1034.4.2半径对浮子垂荡运动振幅及波浪能转换效率的影响103-1074.5装置吃水与转换效率的联系107-1104.6不同波浪条件下的转换效率110-1134.6.1不同波高条件下的波浪能转换效率110-1124.6.2不同波浪周期条件下的波浪能转换效率112-1134.7不同水深条件下的转换效率113-1164.8本章小结11
107

4.1 圆锥角对浮子垂荡运动振幅及波浪能转换效率的影响98-103

4.2 半径对浮子垂荡运动振幅及波浪能转换效率的影响103-107

4.5 装置吃水与转换效率的联系107-110

4.6 不同波浪条件下的转换效率110-113

4.6.1 不同波高条件下的波浪能转换效率110-112

4.6.2 不同波浪周期条件下的波浪能转换效率112-113

4.7 不同水深条件下的转换效率113-116

4.8 本章小结116-118

5. 发电装置工作性能探讨118-124

5.1 物理模型试验结果与数值模拟结果的比较浅析118-122

5.

1.1 结果比较118-121

5.

1.2 理由浅析121-122

5.2 装置的安全性能122

5.3 装置的锚固系统浅析122-124

6.结论与展望124-126

6.1 结论124-125

6.2 不足与展望125-126

参考文献126-129
致谢129-130
个人简历130
攻读硕士学位期间发表的学术论文130
攻读硕士学位期间参与项目130