二維新型擺式波能轉(zhuǎn)換裝置數(shù)學模型及解析方法研究
發(fā)布時間：2020-12-07 21:52
海洋波浪能作為一種清潔可再生能源,是新能源開發(fā)的一個主要方向。浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置具有轉(zhuǎn)換效率高、抗波浪能力強、擴展性好的特點,因此具有很好的開發(fā)前景。研究擺式波能轉(zhuǎn)換裝置時,其水動力系數(shù)相關的基礎研究是必不可少的。本文是針對固定式的擺式波能轉(zhuǎn)換裝置進行研究,主要研究如下:1.本文在已有的底鉸搖板式裝置的基礎上,針對該裝置的能量損耗以及水動力特性,設計了一種新型高效的擺式波能轉(zhuǎn)換裝置,并針對該裝置建立了運動學、動力學和能量轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型;2.針對運動學及動力學的數(shù)學模型,建立了新型擺式波能裝置的解析求解方法,并推導出了該裝置的水動力系數(shù)、轉(zhuǎn)角幅值、所受到的力矩以及裝置俘獲寬度比的解析表達式;3.在本文新型擺式波能裝置的解析解給出之后,針對水動力系數(shù)、轉(zhuǎn)角幅值的解析解,給出對應的仿真計算,針對圖像簡要分析裝置的水動力系數(shù)與水深的關系、縱搖RAO與裝置參數(shù)的關系。這些在最終研究俘獲寬度比與各參數(shù)的關系時,給出一定的參考價值;4.針對板密度,剛度系數(shù),水深等參數(shù)的改變來研究裝置俘獲寬度比隨之改變而發(fā)生的變化,進而對擺式波能裝置的性能進行分析。最后,對已有裝置與新型裝置的俘獲寬度比進行比較,來...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
懸掛擺式波能裝置
1.2.1 擺式波能裝置研究現(xiàn)狀擺式波能發(fā)電裝置的結構指的是當擺體受到波浪作用時，從而會造成擺體繞著轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，而由于轉(zhuǎn)動軸放置的位置不同，就形成兩種結構，懸掛擺式(Pendulum)與浮力擺式(Bottom Hinged)。懸掛擺式波能裝置，轉(zhuǎn)動軸位于水面以上，而擺體懸掛在轉(zhuǎn)動軸上。懸掛擺式波能轉(zhuǎn)換裝置只有在設計好的波況下才會發(fā)揮其最大用處，發(fā)電功率高，而在實際不平穩(wěn)的海況下，能量轉(zhuǎn)換效率就會很低，致使輸出的發(fā)電功率不穩(wěn)定，并當裝置在惡劣的條件下時，裝置極易受損、修復難、可靠性差，這些原因也是造成懸掛波能轉(zhuǎn)換裝置不能極力被推廣的原因。浮力擺式波能裝置，轉(zhuǎn)動軸的位置一般接近水底，擺體在水面隨波浪擺動，擺體所受的浮力大于重力。相對懸掛擺式裝置而言，浮式波能轉(zhuǎn)換裝置的實用范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高，并且在大浪情況下也不易損壞，這也使浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置成為近些年來熱門研究對象，備受青睞。根據(jù)裝置的特點，浮力擺式裝置一般放置在靠岸的水域。近些年來，擺式波能裝置被多個國家進行研究，例如芬蘭、英國、日本和中國等。
圖 1.3 Forg 擺式波能裝置 圖 1.4 Searev 擺式波能裝置2009 年 Australia 海洋能源公司，BioPower Systems 公司與德國西門子公司合作開發(fā)了 BioWAVE 海洋波浪發(fā)電裝置(圖 1.5)[18]。我國主要于上世紀 80 年代開始對擺式波能轉(zhuǎn)換裝置進行研究，“九五”期間時，國家海洋技術研究所承擔了國家“九五”科技相關項目。我國著手研究懸掛擺式裝置的相關技術是在 1992 年，當時研究的核心是對懸掛擺式選擇裝置的研發(fā)。然而在 1995 年，在研究一定成果后，建設了一座 8KW 的擺式裝置而后在 2001 年，又建造了一座 30KW 的波能擺式發(fā)電裝置[19-22]。該項目是針對實際情況而提出的，并且實施時主要的作用是用于為周邊海島居民進行供電。對于擺式[23-26]波能裝置的研究，浙江大學 2011 年提出了一種雙行程的液壓式裝置(圖 1.6)[27-29]，并研究該裝置在進行全周期時做功的浮力擺，對此也對浮式波能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電功率的控制技術進行研究，其中包括：控制算法、系統(tǒng)結構等方面的設計。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]波浪能發(fā)展概況[J]. 班鵬. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟. 2018(11)
[2]球形擺式波能發(fā)電裝置研究[J]. 余順年,詹立壘,陳韋,鐘啟茂. 機械設計與制造. 2018(04)
[3]底部鉸接浮力擺波能轉(zhuǎn)換裝置模型實驗[J]. 劉成果,寧德志. 水力發(fā)電學報. 2017(06)
[4]擺式波能發(fā)電裝置PTO系統(tǒng)蓄能器特性研究[J]. 黃英珂,陳東. 機床與液壓. 2017(02)
[5]底鉸擺式波能裝置在斜向波中的水動力性能[J]. 王冬姣,邱守強,葉家瑋. 太陽能學報. 2016(08)
[6]An Experimental Study on A Trapezoidal Pendulum Wave Energy Converter in Regular Waves[J]. 王冬姣,邱守強,葉家瑋. China Ocean Engineering. 2015(04)
[7]一種鉸接擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置結構性能分析及優(yōu)化[J]. 邱守強,蘇成,王冬姣,葉家瑋,梁富琳. 海洋工程. 2015(04)
[8]多浮擺式采能裝置的水動力學模擬[J]. 李成龍,張軍,何宏舟,楊紹輝,曲泉鈾. 水力發(fā)電學報. 2015(04)
[9]一種新型擺式波浪發(fā)電裝置的研制[J]. 宋洪俠,鄧啟平,姜恒甲,孫偉志,孔志營. 可再生能源. 2014(08)
[10]擺式波浪能發(fā)電裝置水動力學研究[J]. 李松劍,潘衛(wèi)明,劉靖飆,顧根香,李威. 海洋技術學報. 2014(04)
博士論文
[1]振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置水動力性能研究[D]. 彭建軍.山東大學 2014
[2]浮力擺式波浪能裝置的水動力性能研究[D]. 趙海濤.浙江大學 2012
碩士論文
[1]浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置水動力性能的實驗和數(shù)值分析[D]. 劉成果.大連理工大學 2017
[2]漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的水動力性能研究[D]. 梁輝.浙江大學 2017
本文編號：2903953
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
懸掛擺式波能裝置
1.2.1 擺式波能裝置研究現(xiàn)狀擺式波能發(fā)電裝置的結構指的是當擺體受到波浪作用時，從而會造成擺體繞著轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，而由于轉(zhuǎn)動軸放置的位置不同，就形成兩種結構，懸掛擺式(Pendulum)與浮力擺式(Bottom Hinged)。懸掛擺式波能裝置，轉(zhuǎn)動軸位于水面以上，而擺體懸掛在轉(zhuǎn)動軸上。懸掛擺式波能轉(zhuǎn)換裝置只有在設計好的波況下才會發(fā)揮其最大用處，發(fā)電功率高，而在實際不平穩(wěn)的海況下，能量轉(zhuǎn)換效率就會很低，致使輸出的發(fā)電功率不穩(wěn)定，并當裝置在惡劣的條件下時，裝置極易受損、修復難、可靠性差，這些原因也是造成懸掛波能轉(zhuǎn)換裝置不能極力被推廣的原因。浮力擺式波能裝置，轉(zhuǎn)動軸的位置一般接近水底，擺體在水面隨波浪擺動，擺體所受的浮力大于重力。相對懸掛擺式裝置而言，浮式波能轉(zhuǎn)換裝置的實用范圍廣，轉(zhuǎn)換效率高，并且在大浪情況下也不易損壞，這也使浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置成為近些年來熱門研究對象，備受青睞。根據(jù)裝置的特點，浮力擺式裝置一般放置在靠岸的水域。近些年來，擺式波能裝置被多個國家進行研究，例如芬蘭、英國、日本和中國等。
圖 1.3 Forg 擺式波能裝置 圖 1.4 Searev 擺式波能裝置2009 年 Australia 海洋能源公司，BioPower Systems 公司與德國西門子公司合作開發(fā)了 BioWAVE 海洋波浪發(fā)電裝置(圖 1.5)[18]。我國主要于上世紀 80 年代開始對擺式波能轉(zhuǎn)換裝置進行研究，“九五”期間時，國家海洋技術研究所承擔了國家“九五”科技相關項目。我國著手研究懸掛擺式裝置的相關技術是在 1992 年，當時研究的核心是對懸掛擺式選擇裝置的研發(fā)。然而在 1995 年，在研究一定成果后，建設了一座 8KW 的擺式裝置而后在 2001 年，又建造了一座 30KW 的波能擺式發(fā)電裝置[19-22]。該項目是針對實際情況而提出的，并且實施時主要的作用是用于為周邊海島居民進行供電。對于擺式[23-26]波能裝置的研究，浙江大學 2011 年提出了一種雙行程的液壓式裝置(圖 1.6)[27-29]，并研究該裝置在進行全周期時做功的浮力擺，對此也對浮式波能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電功率的控制技術進行研究，其中包括：控制算法、系統(tǒng)結構等方面的設計。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]波浪能發(fā)展概況[J]. 班鵬. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟. 2018(11)
[2]球形擺式波能發(fā)電裝置研究[J]. 余順年,詹立壘,陳韋,鐘啟茂. 機械設計與制造. 2018(04)
[3]底部鉸接浮力擺波能轉(zhuǎn)換裝置模型實驗[J]. 劉成果,寧德志. 水力發(fā)電學報. 2017(06)
[4]擺式波能發(fā)電裝置PTO系統(tǒng)蓄能器特性研究[J]. 黃英珂,陳東. 機床與液壓. 2017(02)
[5]底鉸擺式波能裝置在斜向波中的水動力性能[J]. 王冬姣,邱守強,葉家瑋. 太陽能學報. 2016(08)
[6]An Experimental Study on A Trapezoidal Pendulum Wave Energy Converter in Regular Waves[J]. 王冬姣,邱守強,葉家瑋. China Ocean Engineering. 2015(04)
[7]一種鉸接擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置結構性能分析及優(yōu)化[J]. 邱守強,蘇成,王冬姣,葉家瑋,梁富琳. 海洋工程. 2015(04)
[8]多浮擺式采能裝置的水動力學模擬[J]. 李成龍,張軍,何宏舟,楊紹輝,曲泉鈾. 水力發(fā)電學報. 2015(04)
[9]一種新型擺式波浪發(fā)電裝置的研制[J]. 宋洪俠,鄧啟平,姜恒甲,孫偉志,孔志營. 可再生能源. 2014(08)
[10]擺式波浪能發(fā)電裝置水動力學研究[J]. 李松劍,潘衛(wèi)明,劉靖飆,顧根香,李威. 海洋技術學報. 2014(04)
博士論文
[1]振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置水動力性能研究[D]. 彭建軍.山東大學 2014
[2]浮力擺式波浪能裝置的水動力性能研究[D]. 趙海濤.浙江大學 2012
碩士論文
[1]浮力擺式波能轉(zhuǎn)換裝置水動力性能的實驗和數(shù)值分析[D]. 劉成果.大連理工大學 2017
[2]漂浮擺式波浪能發(fā)電裝置的水動力性能研究[D]. 梁輝.浙江大學 2017
本文編號：2903953
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