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为了解决振动水柱式波浪能转换装置收集多向波浪问题,本文设计了半球形多向聚合波道振荡水柱气室结构,以适合远海单点波浪能采集和发电。在规则波正向入射条件下,基于流体仿真分析软件(FLUENT)、流体动力学连续性假设和粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程(Navier-Stokes方程)建立半球形振荡气室和三维数值波浪水槽模型。仿真结果表明:增设气室后壁,合理设计波道开口角度实现多向迎波捕获波浪能,优化前壁形状可降低波浪触底反射带来的能量耗散,同时提高了气室内空气压强和出气口速度,有效提升波浪能俘获效率,为后续发电的二次能量转换提供高效的空气动力。 相似文献
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振荡水柱式(Oscillation Water Column,简称OWC)波浪能采集装置具有结构简单、稳定性好、海洋环境适应性强等优点。为了提高该装置波能采集效率,研究波浪进入气室的振荡水柱气动特性与装置结构参数关系,为系统设计提供理论基础。以振荡水柱式波能转换理论计算分析为基础,采用Simulink软件分别建立前墙处入口压强Pq求解模型、装置气室内压强Po求解模型以及装置内振荡水柱运动方程y求解模型,研究目的是综合分析振荡水柱气室内压强与气室结构、波浪流体动力学参数之间的变化关系。 相似文献
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基于VOF模型的OWC气室波浪场数值分析 总被引：1，自引：0，他引：1
近年来,振荡水柱形式在波能转换装置中得到了广泛应用,由于波况不同,需对气室加以研究并对其形状参量进行优化,从而使空气流速和能量转换达到最大值.利用基于VOF模型建立二维数值波浪水槽,将数值计算的振荡水柱在气室内的升沉运动与物理模型试验进行比较,验证其正确性,并将OWC气室的研究手段予以推广. 相似文献
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基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。 相似文献
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采用计算流体动力学分析(CFD)技术研究离岸式振荡水柱波能转换装置的设计参数优化问题。首先,借助FLUENT软件用户自定义函数功能(UDF)并运用动边界造波及多孔介质消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽,然后,将水槽的分析方法应用于振荡水柱气室仿真研究。结果表明:离岸式振荡水柱气室在发生共振时转换效率最高,气室内液面升降幅度随着波能转换装置的前墙入水深度、厚度以及气室宽度的减小而产生较明显的增大;相对于前墙尺寸,气室宽度对波能转换装置的能量转换功率影响较大。 相似文献
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分层斜坡越浪式波能发电装置作为一种重要的波能转换型式,在开发利用波浪能的同时,可与防波堤或护岸工程相结合,将海岸工程的被动消能变为主动吸能,提高综合效益。在实际工程应用中,分层斜坡越浪式发电装置引浪面在波浪荷载作用下的安全性成为首要问题,由于其引浪面与防波堤或护岸的护面对水体磨阻影响不同,因此水体对结构的作用力不同,已有的斜坡式防波堤所受波浪荷载的研究无法用于指导分层斜坡越浪式发电装置引浪面的结构强度设计。通过水工物理模型试验,对分层越浪装置引浪面在不同波况条件下的结构受力进行研究分析,获得越浪装置引浪面上点压力及波浪力的分布规律,为装置的结构设计提供理论指导及设计支持。 相似文献
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本文介绍了在侧向开口固定式气动型波能转换装置气室的开口处,加装“引浪板”;由“引浪板”、箱体侧板和底板延伸而形成的“引浪通道”后,使装置的能量转换效率有了较大的提高。通过装置在规则波中的试验,就有关“引浪板”倾角、气室高度、开口尺度、潮差和气室截面形状等方面,对装置转换效率的影响,进行了试验比较。通过装置在不规则波中的试验,提出了不规则波试验结果的处理方法,以及在不规则波工况下,设计参数的选取方法。 相似文献
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为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。 相似文献
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越浪式发电装置具有结构稳定、可靠性高等优点。在前人的研究基础上,对越浪式波能发电装置的模型进行了优化设计,通过模型实验研究了该波能发电装置在不同波况、不同干舷高度下对波能的俘获能力以及结构的受力情况。对越浪量的试验结果进行了无量纲分析,分别得出了越浪式模型装置的越浪量关于干舷高度和波高的指数函数拟合曲线,总结了两者对越浪量影响的普遍规律。通过对规则波和不规则波波浪作用下装置受力结果的归纳总结,探讨了波能装置波压力和浮托力变化的一般规律。本研究可为越浪式波能发电装置的研究提供参考依据,为波浪能的利用提供一定的参考价值。 相似文献
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为实现建造、运行和维护等方面的资源共享,将振荡水柱(oscillating water column,简称OWC)波能转换装置与现有海工结构集成耦合,已成为目前海洋波浪能转换利用的热点问题。以集成于方箱防波堤的双气室OWC装置为研究对象,借助开源代码平台OpenFOAM和造/消波工具箱waves2Foam,采用流体体积法(VOF)捕捉自由面和6自由度(6DOF)动网格求解器模拟垂荡运动响应,对在不同规则波作用下,中墙相对宽度、中墙相对吃水对装置波能转换效率及水动力特性的影响进行数值研究。结果表明,较大的中墙相对宽度能够增强装置的波能转换效率(ξtotal(max)=73%)、降低结构物的相对垂荡位移并对装置前后气室内水柱的振荡幅度与压强变化产生影响;增加中墙相对吃水能显著提高气室在中高频波段波能提取效率(ξtotal(max)=78%),并显著拓宽气室的高效频率带宽(0.9≤ω2h/g≤2.2)。 相似文献
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垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(7)
振荡水柱式波能发电系统中波能转换主要结构气室能将入射波能转换为往复振荡的空气动能从而实现能量一次转换,该过程的气室压强研究对发电系统设计具有重要意义。因此针对"引浪板"和"引浪通道"的三维侧向开口固定式振荡水柱波能转换系统,采用三维Green函数法建立了气室内水气动力学性能的压缩空气压强理论计算模型。计算时为了满足压强与速度连续条件,响应脉动源与扰动脉动源两者在交界面上需要相互匹配;同时为了能够精确快速地求解三维Green函数,采用了多维切比雪夫(Chebyshev)多项式和渐近展开式快速近似计算方法。计算结果表明所用方法简单可靠,同时计算结果可应用于振荡水柱波能发电系统性能预测及相关问题研究。 相似文献
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基于计算流体力学软件的三维数值模拟技术,分析了碟形越浪式波能发电装置的越浪性能,通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的三维数值波浪水槽对该装置进行三维数值模拟研究,数值计算结果与物理试验结果相互对比验证较为吻合,验证了所构建的三维数值波浪水槽的可靠性,通过考察装置的坡度、导流叶片个数、干舷高度对越浪性能的影响确定装置的最优结构参数。结果表明,在装置的斜坡面边缘增加回流板可减少波浪的反射,提高装置的越浪性能。在数值模拟中将装置的斜坡面边缘处安装回流板对碟形越浪式波能发电装置参数进行优化,通过分析回流板的长度对装置越浪性能的影响来探索最优回流板长度。 相似文献
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振荡水柱(Oscillation Water Column,OWC)是近年来发展较快的波浪能采集技术,该装置主要由箱体、振荡水柱和压缩空气柱组成,而波浪在气室内产生的压强对能量转换效率等起到决定作用。结合三维侧向开口的振荡水柱波能转换装置,基于线性波理论,采用三维Green函数法建立了气室内水气动力学性能的空气压强理论计算模型,利用多维切比雪夫(Chebyshev)多项式求解,计算结果精度高,能够准确表达波浪和结构设计参数对气室内压强影响。依据理论计算模型分析了波浪周期、波长、吃水深度、入射波幅等参数对气室内压强作用。 相似文献
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《海洋技术学报》2021,40(1)
液压式能量转换系统是波浪能发电装置应用最为广泛的一种能量转换方式。本文针对波浪能液压能量转换系统展开了模型仿真研究,建立了带有蓄能稳压环节和液压自治控制器的波浪能装置液压能量转换系统的数学模型。基于所建立的数学模型搭建了波浪能装置液压转换系统的MATLAB and Simulink仿真框图,对系统进行仿真,并利用实海况实验得到的发电数据和仿真数据进行对比。结果显示,二者之间的相对误差较小,验证了该系统仿真模型的准确性。此外,还分别模拟了规则波和随机波输入情况下液压能量转换系统的发电特性曲线。仿真结果表明,无论是规则波还是随机波,经过液压能量转换系统之后,输出的发电特性都比较稳定,也即是利用该能量转换系统实现将不稳定的波浪能转换成稳定的电能,提高了发电质量,为后续的电力输送及并网提供了便利。 相似文献
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OWC装置的结构形式繁多,共振周期也各不相同,全面合理地评价OWC装置的工作性能具有重要的现实意义。为优化OWC装置的工程选型,文章基于主客观权重集成法,分别采用层次分析法和熵值法计算峰值波能转换效率、一级衰减和二级衰减3个指标的主观权值和客观权值,并通过优化模型进行组合,从而确定综合权值;利用3个指标的综合权值,对4种不同结构的OWC装置的平均波能转换效率进行评分,并对评分结果进行验证和分析。研究结果表明:在所选的4种装置结构中,圆截面U-OWC的评分最高,即具有最高的平均波能转换效率;与传统OWC结构相比,U-OWC结构的平均波能转换效率较高,在实际工程中有更好的表现,在满足条件时宜优先采用。 相似文献
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为提升波能转换装置的经济竞争力,针对非对称垂荡式振荡水柱（OWC）波能转换装置,基于势流理论和匹配特征函数展开法,通过引入盖根堡多项式近似表征结构尖角附近的流场奇异性行为,深入研究后墙吃水深度（非对称）、墙体厚度和线性弹簧系数对垂荡式OWC装置的波能转换效率、透射系数、气室内平均液面高程等水动力参数的影响规律。研究结果显示,后墙吃水深度及墙体厚度的增加会提升装置在长波区域的高效转换能力,并且显著提高结构物整体阻波防浪性能;线性弹簧的出现,能调节水柱振荡和结构垂荡运动响应之间的相位差,从而有效拓宽垂荡式OWC装置的高效频率带。 相似文献
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提出了一种带纵摇前墙的新型振荡水柱式波浪能(OWC)装置,借助Open FOAM开源代码平台和waves2Foam工具包,数值模拟研究带纵摇前墙OWC装置的水动力性能和转换效率。主要研究前墙吃水d_1、前墙密度ρ、后墙吃水d_2、旋转约束力(用无量纲弹簧系数K表示)对该装置的反射系数C_r、透射系数C_t、耗散系数C_d和波能转换效率ξ的影响规律。结果表明,纵摇前墙能有效减少能量耗散,提高波能转换效率ξ;无量纲弹簧系数K对装置转换效率的影响主要集中在短波区域,且在K为0时装置具有最大的转换效率和最宽的高效频率带;前墙的密度和吃水深度对水动力系数影响不大;后墙的吃水深度对水动力系数影响较大,增加吃水深度能有效提高装置对于中短波和中长波段的波能转换效率,但对系统整体的能量耗散系数影响不大。 相似文献