振荡浮子式波浪发电装置的水动力分析

随着传统化石能源的日益枯竭,各种清洁能源开始走进人们的视线。在各种清洁能源中,波浪能以其能量密度高、易于被采集而受到高度关注。而作为采集和转化波浪能的波浪能发电装置对于波浪能的开发起着不可替代的作用。波浪发电装置在位运行过程中受多种因素的影响,其空间形态及运动具有典型的强非线性特征,相当复杂。本文结合某振荡浮子式波浪发电装置的具体参数及系泊设计,将该装置的系泊缆索离散为凝集质量模型,运用海洋工程专业软件OrcaFlex建立了该振荡浮子式波浪发电装置在某一特定海况下的水动力学分析模型。对该装置的系泊缆索进行了特性分析,得到了该装置的主体浮子结构的空间六自由度时域变化情况。仿真结果可对具体的工程实践提供一定的工程指导和理论支持。     

一种跷跷板式浮筒型波浪能发电装置

为了设计适用于浮式防波堤的波浪能发电装置,提出一种跷跷板式双浮筒型的装置方案,由水面双浮筒浮体和深潜水下的垂直阻尼板、连杆和PTO系统组成.利用水动力分析软件ANSYS-AQWA进行数值计算,在波浪侧向入射的工况下,分别研究自由漂浮和悬链锚固下的运动响应,研究3种海况下的轻重浮体在不同阻尼系数下的获能性能,以及型宽对获能性能的影响.结果 表明,型宽对于获能性能具有较大的影响,半波长为最佳的型宽尺寸,发电装置在长波条件下也具有较强的发电能力.     

液压作用下的振荡浮子波能装置物理模型试验设计

波浪能发电装置的研发是海洋工程、机械工程、自动化工程等多学科的综合应用,对于振荡浮子波能发电装置,浮子在波浪和液压系统共同作用下的运动机理仍待深入研究。本文介绍了液压作用下的振荡浮子波能发电装置物理模型试验系统设计,拟通过水工物理模型试验的方法,利用数据采集及控制系统同时监测波浪场、浮子运动、液压系统性能及发电功率输出情况,构建波能发电装置各环节耦合联动的全过程模型。     

基于Workbench的双浮体波能捕获装置建模与仿真研究

针对目前各种波浪能发电装置中存在的可靠性低、寿命短、建造维护难等问题,结合我国大部分海域低能流密度的现实,介绍一种以双体船为载体、以陀螺浮子捕获波能的振荡浮子式发电装置。以Workbench为平台,首先完成几何建模及网格划分,然后分别在FLUENT和ANSYS中完成流体分析与结构分析,得出了不同底圆半径的陀螺浮子在水流水平和竖直冲击下的受力和变形,以此为依据判断其对波浪的适应性、功率特性以及效率特性。通过数值模拟研究,遴选影响浮子受力和变形的关键参量,为该类浮子的实用化设计提供依据。仿真结果表明,选择陀螺形浮子作为试验平台波浪能捕获装置是非常合理的。     

一种波浪能转换装置及其液压式PTO变阻尼控制策略研究

本文提出一种波浪能转换装置来产生电能,为水下装置提供持续的能源供给,建立了其液压式PTO的数学模型。为提高装置对海况的适应性和能量俘获效率,分析了其实现变阻尼控制的方法,对不同海况下和波浪周期内的变阻尼控制策略进行了数值仿真。     

自升式波浪能发电装置设计与试验研究

为了解决能源短缺问题,着眼于开发丰富的波浪能,设计了一种以自升式平台为载体的新型波浪能发电装置。此新型自升式波浪能发电装置与其他波浪能发电装置相比,具有抗风、抗浪、连续、高效、稳定、适应性强等优点。采用理论分析与实物试验相结合的方法,研究该装置实施波浪发电的可行性。试验结果表明:自升式波浪能发电装置在实际海况下能够正常进行发电作业,验证了该波浪能发电装置的可行性,波浪发电效率超过项目技术指标的15%,达到了预期的效果。总的来说,自升式波浪能发电装置已经在多方面实现了突破,总体技术达到了国内领先水平。     

浮筒式波浪发电平台性能分析研究

波浪能发电浮筒的研究关键是实现波浪能发电装置的能量转换最大化。根据"海院1号"浮筒式波浪发电平台的运动特点,提出了一种预测浮子垂荡运动的时域方法。同时,通过MATLAB模拟计算,获得最佳系统压力和平均传输功率。经海测试验验证了数值模拟的正确性,为波浪发电平台浮筒设计优化提供依据,具有工程应用价值。     

浮力摆式波浪能装置水动力性能的试验研究

文章采用磁粉制动器模拟PTO阻尼研制了浮力摆式波浪能装置的物理模型,并采用有机玻璃制作摆板,采用高速CCD摄像机追踪浮力摆运动过程。通过水槽试验分析了浮力摆的固有周期、波能功率的非线性影响、PTO阻尼特性,并研究了浮力摆摆幅、转换功率和转换效率随波况、激磁电流的变化情况。研究表明:试验波面的非线性对于波能功率的影响不大;各试验工况中装置摩擦阻力矩的幅值基本相等,约为1.5 Nm;PTO阻力矩的模拟结果与恒定阻力矩存在较明显差别,波周期对装置的PTO阻尼特性和浮力摆摆幅有显著影响;根据试验结果,在周期5.0 s、波幅0.34 m的原型海况条件下,激磁电流为0.6 A时,装置的转换功率约为14 kW,转换效率约为60%。     

系泊系统对波能发电装置动力响应的影响

[目的]为了设计造价合理、性能高效的系泊系统,研究不同系泊系统对波能发电装置(WEC)的能量摄取(PTO)能力和定位性能的影响.[方法]选择一典型的两刚体点吸式WEC装置为研究对象,采用WEC-Sim和MoorDyn开源代码设计两类系泊系统,一类采用锚链,另一类采用锚链和聚酯缆绳所组成的混合缆.通过对这两类系泊系统进行...     

“鹰式一号”波浪能发电装置研究

为了在波浪能流密度较低的中国海域开发利用波浪能,研发了具有半潜驳特征的鹰式波浪能转换装置。以成功实现了在实海况条件下的稳定运行的"鹰式一号"波浪能发电装置为实例,首先分别介绍了装置总体的三个组成部分,并指出了各部分的设计要点;其次,阐述了能量转换系统研究重点转换原理、液压自治控制器的功能;再次,通过对比传统锚泊系统与装置采用的蓄能型锚泊系统,表明后者可有效地避免锚链断裂和走锚;最后,展示了实海况试验的图片资料,分析了大量试验数据,结果表明,"鹰式一号"波浪能发电装置实现了将高频不稳定的波浪能转换为相对稳定的电能的目标。     

自主水下航行器摆翼发电装置设计与仿真

针对自主水下航行器的发电系统,设计3种适用于摆翼发电装置的传动方案,并选出最佳方案.采用仿真软件STAR-CCM+对自主水下航行器在波面收集波浪能量进行仿真,获取发电系统的动力输入数据.设计换向增速齿轮箱,并采用软件ADAMS对齿轮箱进行仿真,以验证其工作原理.将波高0.5 m、波长5 m海况下的工作数据导入ADAMS中,获取动力输出数据.选择适合自主水下航行器的发电机,通过参数匹配得到发电系统的平均功率.     

振荡浮标式波浪能发电机设计参数的初步选定

参考某型振荡浮标式波浪能发电机的具体参数,结合装置的工作过程,建立海洋浮标工作过程的动力学方程;基于数值分析软件Matlab分析给定海况下浮标质量、电磁阻尼系数与装置工作安全性、能量转换效率的对应关系;探索了一组装置结构的最优化参数。研究结果对海洋可再生能源研究具有一定的参考价值。     

波流联合作用下振荡浮子式波浪发电机动力学分析

参考某型振荡浮子式波浪发电装置的具体参数,结合该装置工作过程,使用水动力分析软件OrcaFlex建立了在不同海况下装置工作过程中的动力学分析简化模型,分析了流、波以及波、流联合作用对振荡浮子式波浪发电装置张力、弯矩沿缆长方向的变化规律以及装置能量转换效率的影响。结论对海洋可再生能源研究有一定的参考价值。     

滑杆浮子式波浪能装置水动力性能的试验研究

本文针对我国能流密度的特点,设计了一种滑杆振荡浮子式波浪能装置,该装置由浮子、滑杆、底座、能量转换系统组成,结构简单,维护方便,成本低廉。为研究此装置的水动力性能,先后在二维、三维水槽中开展了物模试验。本文介绍了装置的整体设计,检测了不同波高、不同周期的入射波作用下,模型在不同负载下获得的液压能,通过数据分析与统计获得模型的俘获宽度比和负载曲线,并通过与普通浮子物模试验的试验数据比较,得出该滑杆浮子式波浪能装置拥有较高的俘获宽度比并具有良好的水动力学性能的结论,明确了浮子质量、入射波波高、入射波周期和负载是决定装置水动力学性能的关键。     

鹰式波浪能发电装置外形优化设计

鹰式波浪能发电装置的外形对提高俘获效率有重要影响.该装置由鹰式吸波浮体、半潜驳载体和液压式能量转换系统这3部分组成.论文对半潜驳载体设计了4种外形方案,通过力学分析,建立运动方程,并开展了不同海况下的数值计算,获得各个方案下装置的最优俘获宽度比和能量转换系统阻尼.研究结果表明,根据鹰式波浪能发电装置投放地点珠海万山海域...     

摆翼式波浪能发电海洋航行器无水实验系统

针对摆翼式波浪能发电海洋航行器发电能力测试问题,提出一种能够模拟实际海况下的波浪与航行器之间耦合作用无水实验系统方案。航行器发电原理建立运动学模型,研究模型参数与实际对应关系,结合控制和数据采集技术,完成了无水实验系统的设计与搭建。通过CFD仿真与实验数据进行对比,结果表明,实验系统能够有效模拟波浪力作用于摆翼载荷,证明了系统的正确性和可靠性。     

了对垂荡运动浮子在海水淡化中的应用探讨

介绍了基于相对垂荡运动的波能转换装置进行海水淡化系统的结构及工作原理,该装置能够效率较高的吸收和转化波浪能,并利用反渗透法直接进行海水淡化。分析表明:在一定设计参数下的相对垂荡浮子所吸收的波浪能,能够满足海水淡化系统正常工作。     

振荡浮子式波能俘获装置模型试验研究

针对目前波浪能发电装置能量转化效率较低的问题,设计并制作了圆台形浮子作为能量摄取机构,采取物理模型试验方法,对浮子周围的波浪场要素、俘能系统所受水平波浪力和浮子垂向加速度等进行了同步测量,研究了入射波波高、周期和浮子初始吃水深度等因素对俘能系统工作性能的影响.结果表明:浮子系统所受水平波浪力和垂向加速度与入射波波高成正相关,与周期呈负相关;波陡一定时,适当增加浮子初始吃水对浮子系统所受水平波浪力具有正向激励作用,对浮子垂向加速度影响较小;大波高条件下,俘能装置吸收效率随波陡增加而增加;小波高时,装置吸收效率随波陡增加先增加后减小;波陡较大时,浮子入水截面半径的变化对俘能系统吸收效率影响较大;随着波陡减小,浮子浸没深度对俘能系统吸收效率影响程度增强.     

兼具波浪能转换功能的双浮式防波堤性能研究

对具有波浪能转换功能的浮式防波堤性能进行评估。根据VOF技术和有限元空间离散法建立二维数值波浪水槽,在单个圆柱形浮子研究的基础上进一步模拟波浪与双圆柱形浮子之间的相互作用,记录浮子前后的波高,研究阻尼系数对波浪透射系数和波浪能提取效率的影响。结果表明,相比于单浮子系统,阻尼系数对双浮子系统的透射系数和能量提取效率影响更大,后者对阻尼系数的变化更为敏感;在相同波况下,双圆柱形浮子的能量提取效率与单圆柱形浮子的能量提取效率不是简单的2倍关系,二者的比值在研究的范围内始终大于2,这表明浮子之间的相互作用是正面的,有助于能量的提取。     

"海大1号"摇臂式波浪发电装置水动力性能研究

浮子的水动力性能是影响波浪发电装置一级能量转换效率的重要因素,为了提高浮子的取能效率,开展浮子的水动力性能研究非常必要.文章以自主研发的"海大1号"摇臂式波浪发电装置为研究对象,基于三维势流理论,推导出浮子在线性规则波作用下的的运动方程,并利用CFD水动力仿真软件分析了不同形状浮子的水动力性能,从而确定了浮子的最优形状;在最优浮子形状的基础上,进一步研究了波长与浮子尺寸关系对浮子水动力性能的影响;用1:1物理模型试验验证了仿真试验结果的正确性,并测得不同波长与浮子尺寸比下浮子的取能效率;最后得出结论:浮子的最优形状为圆柱体+球的混合体,波长与浮子之间的最优关系是波长与浮子尺寸之比为4,此时浮子的水动力性能最佳.文中得出的浮子水动力性能研究结论可为其他波浪发电装置提供参考,具有很好的工程应用价值.