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。     

不同特征宽度对俘获宽度比的影响分析

特征宽度是计算波能转换装置俘获宽度比的重要参数，国内外目前尚无统一的计算方法。为了研究不同特征宽度计算方法对俘获宽度比结果的影响，提出了波能转换装置特征宽度的一种计算方法，利用典型振荡浮子式波能转换装置“Wavebob”的数据，建立振荡浮子AQWA数值模型并进行水动力学分析，计算了4种特征宽度计算方法下的能量俘获宽度以及俘获宽度比。研究结果表明，不同特征宽度的计算方法对俘获宽度比结果影响显著，规则波条件下的最大差值为27.19%，不规则波条件下为13.14%；因此在计算波能转换装置俘获宽度比时，应根据装置形式合理选择特征宽度计算方法。研究结果对于波能转换装置特征宽度的计算以及评价俘获性能方面具有重要的应用价值。     

共轴双柱式波能装置水动力及能量转换特性研究

为解决波能转换装置向深水环境推进过程中存在的系统稳定性和能量转换效率问题,借鉴海洋工程中常用的稳性辅助构件形式,在现有的点吸式波能装置基础上引入阻尼板.基于线性微幅波假设,通过特征函数展开和边界匹配的势流半解析方法,结合多自由度振动理论,探索阻尼板的存在及其构型参数变化对获能系统水动力、运动响应及能量转换效率的影响.计算结果表明,阻尼板会降低浮子受到的波浪激励力,阻尼板与浮子间的相互作用水动力大于浮子自身运动受到的水动力,且主要体现在惯性载荷部分;阻尼板会使系统出现两个耦合共振频率,且新出现的共振频率对阻尼板半径更加敏感,在较小共振频率处的最优波能转换效率均随着阻尼板半径和浸没深度增加先增大后减小.研究结果可为深水波浪能利用的工程应用提供理论基础,为后续振荡浮子波浪能发电装置优化提供依据.     

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.     

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。     

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.     

IPS式波能转换装置实验研究

介绍了一种新型高效的IPS式波能转换装置,通过不同波况下实验装置输出功率的比较,得出了适合该装置工作的最佳入射波周期,为IPS式波能转换装置的工程应用提供了有益的参考。     

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。     

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。     

"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.     

振荡浮筒式波浪能发电装置设计与实验研究

为解决海岛海水淡化以及用电问题,设计了一种以浮筒作为波浪捕获装置的小型模块化波浪能发电装置。该装置通过浮筒有效捕获波浪能,转换为浮筒的机械能,再转换为液压能,最后通过液压马达驱动而转换为电能。该发电装置设置了液压蓄能器,使波浪能转换为电能经历了三级转换。蓄存的能量经压力控制系统调节后,增强了连续工作能力,提高了整个系统的安全性和大浪下的发电能力,最终有效解决了波浪能输出不稳定、不连续的关键难题。     

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。     

基于LabVIEW的“海院1号”波浪发电平台浮筒取能效率数据采集系统设计

浮筒取能效率测试是波浪发电平台研究的重要组成部分。传统的测试系统不但测量精度低,而且自动化程度低、操作复杂。为此,该文基于“海院1号”波浪发电平台,采用虚拟仪器LabVIEW软件开发了浮筒取能效率数据采集系统。文中介绍了“海院1号”波浪发电平台及其浮筒,进行了测试系统的设计,实现了浮筒取能效率测试的数据采集、数据管理、曲线拟合及绘制、生成报表、信号分析以及数据处理等工程。对实际运行效果进行分析,结果表明该系统具有精度高、运行稳定可靠、自动化程度高、人机界面友好以及操作简单等特点,具有重要的工程实践意义。     

水下波能装置的波致弹性变形研究（英文）

Structural integrity has remained a challenge for design and analysis of wave energy devices. A difficulty in assessment of the structural integrity is often laid in the accurate determination of the wave-induced loads on the wave energy devices and the repones of the structure. Decoupled hydroelastic response of a submerged, oscillating wave energy device to extreme nonlinear wave loads is studied here. The submerged wave energy device consists of an oscillating horizontal disc attached to a direct-drive power take-off system. The structural frame of the wave energy device is fixed on the seafloor in shallow water. Several extreme wave conditions are considered in this study. The nonlinear wave loads on members of the submerged structure are obtained by use of the level I Green-Naghdi equations and Morison's equation for cylindrical members.Distribution of Von Mises stresses and the elastic response of the structure to the extreme wave loads are determined by use of a finite element method. The decoupled hydroelastic analysis of the structure is carried out for devices built by four different materials, namely stainless steel, concrete, aluminium alloy, and titanium alloy. The elastic response of these devices is studied and results are compared with each other. Points of maximum stress and deformations are determined and the structural integrity under the extreme conditions is assessed. It is shown that the proposed approaches provide invaluable information about the structural integrity of wave energy devices.     

Ocean wave spectrum estimation using measured vessel motions from an in-service container ship

This article is about the use of measured wave-induced vessel motions for estimation of ocean wave spectra by application of the wave buoy analogy. In the study, data from a larger, in-service container ship is considered. The estimation of wave spectra, equivalently sea state parameters, is based on measurements from, respectively, a gyro and two accelerometers leading to the simultaneous use of the pitching motion together with the horizontal and vertical accelerations in a position close to the forward perpendicular. The study of in-service data leads to contemplations about the vessel's advance speed, as the possible existence of sea current means that speed-over-ground (SOG) and speed-through-water (STW) will be different. The article discusses aspects related to advance speed in the context of the wave buoy analogy, and a smaller sensitivity study is conducted. Preceding to the sensitivity study, a comparison is made between sea state estimates by the wave buoy analogy and estimates obtained from a hindcast study. The article shows an acceptable agreement between the two sets of estimates. Following, the main conclusion from the sensitivity study on advance speed is that errors and uncertainties in the speed log have an effect on the estimates of the wave buoy analogy. In fact, the effect can be severe if reliable STW measurements are not available. In the final part, the article includes a few discussions about (non)stationary conditions in the context of the wave buoy analogy, and, although the effect on results is not necessarily detrimental, care must be shown when the wave buoy analogy is applied during in-service conditions.     

关于潜用消耗型短波通信浮标的探讨

消耗型短波通信浮标能为潜艇隐蔽通信提供一种新的手段。给出了这种浮标通信方面的设计方案，并重点探讨了如何确定其天线高度、功率大小等几个关键问题。     

GPS声呐浮标定位系统研究

介绍GPS声呐浮标定位系统的组成及工作原理。相对于传统声呐浮标,GPS声呐浮标会使浮标电路功耗增大。但受浮标结构和体制所限,单枚浮标所携带的能量有限,为保证浮标的正常工作时间,系统中增加了一个电源管理模块电路来控制浮标工作的启动时间以减少不必要的电路功耗。     

波浪动力艇模型自航试验及数值仿真

为解决受控主动摆翼驱动装置复杂、机械效率较低的问题,研究依靠升沉运动产生的力矩来驱动俯仰运动的被动摆翼装置,并将其应用于波浪动力艇.在波浪作用下,将被动摆翼安装于艇体底部的一定位置处,产生的推力即可推艇前进.在模型试验中,通过改变波浪周期、波高和控制机构的设置,比较试验艇的自由航行速度.结果表明,试验艇的航速与波高呈正相关关系,且当波长与船长之比约为1.8时推进效果最佳.通过数值仿真,显示两种控制机构配置时的水翼工作过程,并估算在一定波浪参数下波浪动力艇可达到的航速,所估算的航速与试验结果吻合较好.     

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。     

Assimilation of buoy and satellite data in wave forecasts with integral control variables

The quality of numerical wave forecasts can be improved significantly by assimilating wave observations prior to the forecast. In the present study a technique for such assimilation is developed that exploits (a) the efficiency of a limited number of integral control variables, and (b) the effectiveness of variational (model-consistent) assimilation. The formal procedure is independent of the type of control variables and of the wave model (moreover, no adjoint wave model is required). In the present study, integral control variables are chosen to represent large-scale errors in the driving wind fields and uncertainties in the wave model. The assimilation technique is validated with observations of the ERS-1 satellite altimeter and two waverider buoys in two consecutive storms in the Norwegian Sea. The assimilation of the observations reduced the errors in the forecasted significant wave height at the buoy locations typically from 25% to 12%. For low-frequency waves the effect of the assimilation is similarly significant at one buoy location but marginal at the other buoy location.