U型OWC气室结构参量数值模拟研究

振荡水柱波能发电装置(OWC)是一种在世界上被广泛应用的波浪能发电装置。研究发现U型振荡水柱装置比传统的振荡水柱装置拥有更高的捕能效率。U型振荡水柱装置(U-OWC)由传统的振荡水柱结构以及在来浪方向的U型导管组成,气室通过U型导管与外界波浪场连通。由于U型导管的存在,在相同的波浪条件下相较于传统的振荡水柱装置U型振荡水柱装置拥有更大的特征周期以及压力波动,这使其能更大程度上吸收入射波的能量。U型气室的结构参数,例如相对宽度对装置的性能有很大的影响。本文采用了计算流体力学商用软件Fluent,基于两相流流体体积法(VOF)构建了数值波浪水槽,探究了气室内自由表面变化、气室内压强以及气室顶端的气流速度并以此优化U型气室结构的设计。研究同时还得到了相对宽度对气室捕能性能的影响结果,对进一步的设计与研究提供了参考。     

U型振荡水柱式防波堤波浪力试验研究

U型振荡水柱波能装置具有较高的能量转换效率,并且可以和防波堤结构进行复合式开发,在降低工程造价的同时使防波堤功能多元化。而目前大部分研究仅侧重该装置的能量转换性能,对装置的受力及稳定性情况研究较少。文章构建了U型振荡水柱式防波堤的物理模型,研究了不同波浪条件以及装置结构尺寸对装置所受波浪力的影响。研究结果表明,气室前墙和前挡板所受的波浪力将随着入射波波高和周期的增大而增大,并且前挡板结构对波浪有一定的阻碍作用,随着前挡板高度的逐渐增大,气室前墙所受的波浪力逐渐减小。前挡板较高时,随着前墙高度的增大,前挡板的受力逐渐增大。     

波浪能供电航标转换效率的实验研究

采用可再生能源中的波浪能为航标供电,是解决航标供能的有效方式。本文以为航标供电的振荡水柱式波浪能发电装置为研究对象,开展不同工况及负载对振荡水柱式波浪能发电装置转换效率影响的研究,确定最高效率下波浪能装置的各类参数值。通过物理模型试验结果表明,获得的最佳效率点在T=2.5s时,H=104mm,转换效率最大为35%。振荡水柱式波浪能发电装置的能量转换效率受负载影响较小,受波浪要素中波高和周期的影响较大,特别是受波高周期比影响较大。本试验结果对优化振荡水柱式波浪能发电装置的方向提供指导意义,有助于进一步研究。     

带收缩水道的沉箱防波堤兼OWC装置结构形式的研究*

设计一种带收缩水道的沉箱防波堤和OWC(Oscillating Water Column)波能发电装置相结合的复合结构形式,开展物理模型试验研究。通过改变水道结构形式与OWC气室参数,并分析实验数据,探讨水道形式、入射波要素和OWC气室形状参数等对该复合结构工作性能的影响,采用气室内波幅放大系数、气室顶部空气点压力和防波堤前波浪反射率作为考察参量。     

OWC-开孔浮式防波堤消浪性能的数值研究*

为了使浮式防波堤在消波的基础上兼具发电功能,提出一种新型结构形式——OWC（振荡水柱）-开孔浮式防波堤。对其在规则波作用下的消浪性能进行数值研究,分析了浮堤的间距、开口宽度、锚泊方式、入射角度等因素的影响。结果表明：1）在3种波高、不同周期波况下,与普通双浮堤相比,OWC-开孔浮式防波堤的消浪性能较好;2）浮堤间距和 OWC开口宽度越宽,消浪效果越好;3）锚链不拖地的浮堤消浪性能略优于锚链拖地情况,波浪正向入射比斜向入射时消浪效果好。     

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。     

三筒型漂浮式风—流发电装置设计与载体强度分析

为了利用海上风能和潮流能,文章提出了"三筒型漂浮式风—流发电装置"概念,并开展了装置总体设计,然后利用ANSYS软件建立联合发电装置载体有限元模型,根据CCS相关规范,对平台载体进行了波浪载荷计算和结构强度评估,对不同工况下的载荷特点和结构响应进行了分析。结果表明,该型式发电装置载体结构符合CCS规范要求,能够保证安全运行,进而为同类载体的应用设计提供了一定参考。     

月池对振荡浮子式波能装置转换效率的影响

为了提高波能装置转化效率,提出了一种新的基于月池结构的振荡波能装置模型.基于势流理论,建立了振动浮体的一维频域运动方程,根据振动特性,分析了最佳弹簧刚度系数及最优输出阻尼,得到了波能装置最优效率表达式.结合复杂流场边界条件,基于特征函数展开匹配法,研究了各子域的速度势函数表达式,得到了振荡浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的表达式.为了得到月池结构对转换效率的作用并消除尖端共振带来的影响,计算了振荡圆盘在有无月池结构下的转换效率比.数值结果表明:在有效频率范围内,月池对振荡浮子获能效率有较大的提升作用;增大月池外部半径或减小内部半径时,装置低频部分有效频率范围增大,而高频部分有效频率范围上下限均发生变动.     

局部波浪振荡对浮式防波堤消波效果影响分析

为获得浮式防波堤腔体内部波浪振荡对其消波效果的影响,基于CFD技术,建立含局部开口腔室结构浮式防波堤内外流场共同作用下的水动力响应数值模拟方法,通过试验数据对比分析,验证数值计算准确性。结果表明,浮式防波堤腔体内部波浪振荡可以有效提升消波效果,但腔内发生大幅波浪共振时,消波效果并不理想。在此基础上,考虑不同腔体模型对腔内波浪振荡和消波性能的影响,研究发现,在本文模型数据范围内,浮式防波堤局部开口腔室个数增多,使得腔内波浪振荡加剧,浮式防波堤消波效果提升。     

U型防波堤与波浪相互作用的数值模拟

半淹没式固定U型防波堤,通过在自由水面附近设置挡浪结构增加能量耗散而达到降低港内波浪的目的;为了减小U型防波堤波浪反射,在其左侧设置成可渗透型沉箱。本文基于Navier-Stokes方程,采用k-ε模型封闭雷诺方程,以spatially-averaged方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,建立了波浪与建筑物相互作用的数学模型,采用该模型模拟了规则波入射时波浪与可渗透型U型防波堤的相互作用,针对不同尺寸U型防波堤,进一步讨论了U型防波堤对波浪传播中反射和透射的影响。     

球体波能转换装置捕获能量的理论研究

球体波能转换装置在波浪的激励下可以同时在水平和竖直两个模式振荡。基于线性微幅波浪和势流理论,将波浪与球体相互作用简化为球体固定不动,波浪绕过球体和球体在静止流体中运动。线性叠加以后得到总的速度势,计算出球体波能转换装置的平均功率和能量俘获宽度因子的解析表达式。理论研究表明:装置与波浪运动的相位差是影响波能的最重要的参数,最优相位差为-π/2,并且给出了最优相位差调节的理论表达式。另外,对波长、波幅、球体半径、水深和球心距静水面的距离等因素也进行了分析。     

碟型越浪式波能发电装置的整体设计及优化

海洋不仅蕴含丰富的石油、天然气资源,还蕴含着潜力巨大的波浪能资源。波浪能按照成因不同可以分为涌浪能和风浪能2种,波浪能作为一种清洁、可再生能源,其合理的开发和利用已经成为一项国际研究热点。我国海岸线漫长,海洋面积广大,波浪能的合理利用有助于调节我国的能源结构,促进国民经济持续、健康和稳定的发展。在波浪能开发过程中,实现海水动能、势能转化为电能是一项关键技术,目前常见的能量转换装置包括振荡水柱式、越浪式、摆式等。本文建立了波浪能的运动数学模型,在传统的越浪式发电装置的基础上,设计了一种新型的碟型越浪式波浪能发电装置,并对该碟型发电装置的整体结构和工作原理进行详细介绍。     

振荡浮子式波能发电浮堤一体化装置性能研究

文章提出一种带消波水道的方箱型浮式防波堤与振荡浮子式波浪能发电一体化装置概念设计方案,应用ANSYS Fluent软件,通过锚泊线准静态法、多体耦合动力学理论与Newmark-β法对一体化装置进行耦合水动力计算,分析不同阻尼及水道构型参数对集成系统消波与俘能效率的影响.结果 表明,在阻尼选取区间内,线性等效电磁阻尼的俘能效率整体上大于Coulomb等效液压阻尼,增加浮子质量或增加线性阻尼系数,均可提升一体化装置的俘能效率,而对消波性能影响甚微.减小出口宽度,对俘能效率的提升有利并能提升消波性能.当消波水道入口完全浸没于水下时,俘能效率相对更高,消波效果更优.这种新颖的一体化装置构型为后续相关的消波与波浪能转换耦合水动力模型研究提供了思路与借鉴.     

振荡水柱式波浪能发电技术在航标中的应用研究

振荡水柱式波浪能发电技术,是现代动能供应技术实践中开发的直接体现,它具有动力供应持久,资源损耗低等特征。基于此,本文结合振荡水柱式波浪能发电技术的相关理论,着重对该项技术在航标中的应用进行探究,以达到充分发挥技术优势,促进社会资源综合利用的目的。     

振荡水柱气室结构优化设计对比

波浪进入振荡水柱气室的能量转换流体动力学性能影响波浪能捕获效率,以方形和圆柱形两种类型的底部开口空心腔室气室为对象建立4种结构模型,分析入射波浪进入气室引发的波浪振荡特性和腔室内的气动特性。基于计算流体力学软件构建三维数值波浪水槽VOF模型模拟分析振荡水柱引起的气室内顶端压强,对比气室压强模拟计算获取的4组数据,结果表明,前后壁不对称方形气室的波浪能量收集效率较高。单一参数获得4种气室模型共28组仿真数据,比较分析入射波高及前墙入水深度等参数变化对气室内液面波动和压强的影响。     

新型波能发电装置的模型设计及试验研究

为了开发和利用海洋中蕴含的波浪能,设计了一种以漂浮浮体作为波能采集装置的新型波能发电系统。此新型漂浮式波能发电装置与其他波能发电装置相比,具有结构简单、适用性强、维护方便、不受水深限制等优点。采用理论分析与模型试验相结合的方法,研究浮体初始吃水深度和入射波波高变化对波能采集浮筒运动的影响。实验结果表明：波能装换效率达到12.17%,验证了模型试验设计的可行性,并对漂浮式波能发电装置的实物设计具有指导意义。     

考虑护岸的可透水海堤的计算与分析

根据规则波作用下的波浪力的频域解理论,以可透水海堤为模型,得到不同吃水、离岸距和孔隙参数下可透水海堤结构和护岸的受力情况。运用谱分析法理论,分析不同吃水和离岸距下的波浪力谱特征,确定了可透水海堤在不规则波作用下水平方向的累积频率波浪力。分析可知,考虑护岸的可透水海堤的受力和消波效果对孔隙系数和波浪频率敏感性强,设计中应避开波浪力峰值。     

一种新型多结构复合消波装置的性能试验研究

反射波的抑制是提升波浪水槽试验性能的关键。通过物理模型试验,在不同波长、波高、水深条件下,探究多层变孔径倾斜孔板消波装置对波浪的消波性能影响,并通过耦合添加塑料网状结构、水平板以及三角消波网等装置模块优化其性能。试验结果表明：多层变孔径倾斜孔板消波装置倾斜角度越小,消波装置的消波效果越好。多结构复合体能显著提高多孔倾斜消波装置的消波性能,尤其是三角消波网的引入能够在装置前方有效地使波浪发生聚集破碎。从试验结果可以看出,其明显改善了装置的消波效果,尤其是对长周期波。试验中优化的最终装置形态将反射系数控制在较低的水平。     

波浪数据采集与双向振荡波浪发电装置仿真

波浪发电装置能量转换效率是表征其性能的重要指标,而各转换部分相关的数据均需要通过复杂、繁琐和成本极高的传统测试方式获得。通过Lab VIEW设计了一套波浪数据采集系统,利用虚拟仪器采集发电装置所在水域的波浪数据。同时,基于AMEsim建立波浪振荡发电装置的仿真模型,通过给定模拟信号,仿真液压系统中马达的压力、转速和扭矩特性曲线。与传统的实测数据进行对比分析,验证了仿真的合理性,仿真结果可为波浪发电装置设计的可行性和参数优化设计提供一定的参考。