隨著化石能源的枯竭和各種環(huán)境問題越來越嚴重,清潔能源受到世界各國越來越多的關注,波浪能作為非常有潛力的清潔能源之一,對于解決化石能源帶來的各種問題,具有重要的意義。本論文旨在研究基于實際海況的水平軸波浪能發(fā)電裝置的波浪能捕獲效率和兩次沖擊過程中的裝置結構可靠性。本文首先介紹發(fā)電裝置的類型和工作原理,以及國內外的研究現狀,并對水平軸波浪能發(fā)電裝置的核心部件水輪機轉子進行詳細的描述。介紹數值水槽的主要模型以及邊界條件和控制方程等,介紹數值造波過程中的自由液面邊界條件和波浪的模型,以及自由液面監(jiān)測的相關方法和各自的優(yōu)勢。其次,使用Fluent軟件建立數值水槽,對水槽進行離散,通過對水槽中的波浪建立時間單位的監(jiān)測和長度單位的監(jiān)測,確定波浪隨著水槽長度變化的衰減從而確定水平軸波浪能發(fā)電裝置的布放位置,通過對阻尼區(qū)波高的監(jiān)測,研究阻尼系數對于消波的影響,從而確定數值水槽合理的阻尼常數。然后建立包含水輪機轉子和流道的水平軸波浪能發(fā)電裝置的二維模型,將裝置布放在數值水槽中,介紹數值仿真所需要的運動模型和交界面設置。對模型的轉速和扭矩數據進行提取,通過Savitzky-Golay濾波方式對數據進行平滑處理,通過仿真的云圖和扭矩曲線解釋水平軸波浪能發(fā)電裝置在兩次沖擊過程的特點。建立漸開線式和雙圓弧式的水平軸波浪能發(fā)電裝置,對不同線型的裝置的扭矩和波浪能捕獲效率進行對比,從而發(fā)現最優(yōu)的水輪機線型。研究表明,漸開線式的水輪機的波能捕獲效率更高。裝置的淹沒水深是另一個影響波浪能捕獲效率的重要因素,通過建立不同淹沒水深的漸開線式水輪機裝置模型,對裝置最優(yōu)的淹沒水深進行分析與研究,從而確定裝置的最優(yōu)淹沒水深。最后,建立水平軸波浪能發(fā)電裝置的三維模型,對模型進行網格劃分和邊界條件設置,在流體仿真的基礎上,建立流固耦合面,將流體仿真的壓力數據導入到三維模型中,對相應的部位進行施加,得到水輪機兩次沖擊時裝置的變形量和應力云圖,從而驗證裝置在波浪作用下的可靠性。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P743.2;P742
【部分圖文】：

１．２．１．振蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置??振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置按照是否固定分為：岸基式和漂浮式兩種形式。岸??基式波浪能發(fā)電裝置如圖１．１，主要組成部分為：浸沒在水底的混凝土結構或者??鋼結構，包含自由液面（即水柱）的開放部分以及氣閥的氣室，包含汽輪機的發(fā)??電部分。??汽輪＼?閥??空氣１?＾?１°＼?水柱??海癢?｜?波浪??圖１．１岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置??２０世紀７０年代發(fā)明的威爾斯渦輪機，因為不需要氣體調節(jié)閥而得到了廣泛??的應用。１９９９年在葡萄牙亞速爾群島安裝的Ｐｉｃｏ裝置，如圖１．２?（ａ）所示，額??定功率為４００ｋＷ，目前仍在運行中Ｐｉｃｏ坐落在海床上，毗鄰峭壁。２０００年??安裝完成的Ｉｓｌａｙ裝置，如圖１．２（ｂ）所示，額定發(fā)電功率為５００ｋＷ，安裝在巖石??峭壁中Ｍ。１９９５年大型岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置一一ＯＳＰＲＥＹ，額定功率??為１ＭＷ，被海浪破壞，沉入了蘇格蘭海域［１６］。Ｏｃｅａｎｌｉｎｘ設計的ｇｒｅｅｎＷＡＶＥ，功??２??

第１章緒論??率為１ＭＷ，如圖１．２（ｄ）所不。２０１４年五月，裝置在從阿德來德港運彳主麥克唐奈??港過程中，支撐３０００噸結構的安全氣囊在澳大利亞西部發(fā)生意外，致使裝備擱??淺。韓國在濟州島附近安裝了一臺額定功率為５００ｋＷ的裝置，如圖１．２?（ｅ）所??示，該裝置３７ｍ長，３１．２ｍ寬＾如圖１．２（ｃ）所示的發(fā)電裝置，額定功率為ｌＯＯｋＷ，??２００１年在廣東省安裝完成；如圖１．２（ｆ）所示，為中國科學院廣州能源研究所，??在＂８６３計劃＂支持下建造完成的，額定功率為５０ｋＷ［１８ｌ。??（ａ）?Ｐｉｃｏ波浪能發(fā)電裝置?（ｂ）?Ｉｓｌａｙ波浪能發(fā)電裝置??Ｊ？一，德?＿??（ｃ）?１００ｋＷ波浪能發(fā)電裝置?（ｄ）?ｇｒｅｅｎＷＡＶＥ波浪能發(fā)電裝置??（ｅ）?５００ｋＷ波浪能發(fā)電裝置?（ｆ）?５０ｋＷ振蕩水柱式發(fā)電裝置??圖１．２岸基式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置??最早的漂浮式振蕩水柱波浪能發(fā)電裝置是由Ｙｏｓｈｉｏ?Ｍａｓｕｄａ發(fā)明的導航浮??標，其示意圖如??圖１．３所示第一個安裝在海中的大型波浪能轉換裝置是Ｋａｉｍｅｉ

山東大學碩士學位論文??也是由ＹｏｓｈｉｏＭａｓｕｄａ為日本海洋科學與技術中心發(fā)明的。如圖１．４?（ａ）所??示，Ｋａｉｍｅｉ是一艘大型輪船，長８０米，寬１２米，８２０噸重；在船體上建有１３??個開底的氣室，作為測試震蕩水柱式發(fā)電裝置最重要的渦輪機的平臺。該裝置??分別于１９７８到１９８０和１９８５到１９８６年布放在了日本的西海岸【１９－２１］。如圖??１．４（ｂ）所示的Ｕ－Ｇｅｎ裝置包含不對稱浮體，浮體內裝有水的Ｕ型箱；兩側氣室??通過通道相連。Ｕ型震蕩水柱式波浪能發(fā)電裝置的運動，主要是浮體的俯仰，??迫使空氣通過一個裝有自調整汽輪機的管道，帶動汽輪機轉動，實現能量的轉??化。２０１０年，一個１：?１６的模型（１．２５米長）在法國布雷斯特市的海洋開發(fā)研??究院波浪水槽中進行了測試［２２］。??發(fā)電機??
【參考文獻】

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本文編號：2869618