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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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《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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本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。 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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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(Oscillating water column,OWC)波浪能采集装置气室底部引浪通道对波浪能采集效率具有重要意义。基于流体动力学分析(CFD)技术研究OWC装置气室底部轮廓的优化问题,在ICEM CFD仿真分析系统中建立4种气室底部结构的二维引浪通道模型,应用FLUENT软件流体分相处理及明渠造波法和数值沙滩消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽。仿真分析显示,圆形底部轮廓OWC气室较其它3种轮廓结构的气室墙壁受到压力小,形成的反射波小,波能损失小,气室出口速度快由此形成的气室压力大,波能转换效率高。 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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振荡水柱波能转换装置的最大转换效率往往受到腔内水柱共振机制的直接影响。通过对装置的基本结构进行简化,提出了一种前墙可绕固定轴旋转的双垂板式结构系统,旨在通过前墙的旋转运动进一步加剧水柱的振荡,从而对腔内水柱的共振机制进行调节和控制。基于线性波理论,采用匹配特征函数展开法对波浪与双垂板结构的相互作用进行理论研究,针对流场在结构物尖角附近的奇异性特征,将公共界面上的速度分布基于切比雪夫多项式近似展开,并应用区域间的速度与压力连续条件进行求解。通过分析结构的几何参数对反射透射系数、平均波面高程、前墙旋转振幅以及前墙与水面间相位差的影响,深究其共振机理,为振荡水柱波能转换装置的效率优化机制提供理论依据。结果表明,在所研究的波浪频率范围内,前墙的自由旋转运动会加剧板间的平均波面高程,应用于波浪能转换装置中能进一步拓宽高效频率带宽。 相似文献
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为解决海洋监测微型传感器供能问题,设计新型波浪能捕获装置,在海面振荡浮筒气室产生空气气柱,驱动介电弹性体形变发电为传感器供能。建立振荡浮子式气柱数值模型,研究新型振荡水柱发电计算理论。利用水动力仿真软件AQWA求解浮子所受波浪力作用振荡幅值、辐射阻尼和附加质量。基于Simulink软件分别计算波浪作用下浮子位移和气室内水柱位移,根据两者的位移差计算气室体积变化所产生的空气压强、介电弹性体发电薄膜形变量和系统输出电能,单次循环周期最大发电量达到24.6 mJ。分析波浪周期、发电薄膜几何参数等对输出电能的影响。 相似文献
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Oscillating Water Column (OWC) wave energy converting system is one of the most widely used facilities all over the world.The air chamber is utilized to convert the wave energy into the pneumatic energy.The numerical wave tank based on the two-phase VOF model is established in the present study to investigate the operating performance of OWC air chamber.The RANS equations,standard k-ε turbulence model and dynamic mesh technology are employed in the numerical model.The effects of incident wave conditions and shape parameters on the wave energy converting efficiency are studied and the capability of the present numerical wave tank on the corresponding engineering application is validated. 相似文献
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本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究。将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者符合良好。利用数值算例,研究多消浪室开孔沉箱的反射特性以及开孔结构附近的速度场和湍流强度分布。分析结果表明:波浪与开孔沉箱相互作用时,涡旋和湍动主要分布在开孔墙和消浪室内部自由表面附近;与单消浪室开孔沉箱相比,多消浪室开孔沉箱可以更有效的耗散波浪能量,降低结构的反射系数。本文分析结果可为开孔沉箱结构的工程设计提供参考依据。 相似文献
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海洋波浪能可再生能源的开发是未来发展的趋势,开发设计更为高效的波能转换利用装置是开发利用波浪能的关键。根据脉搏脉动机理,设计发明了一种柔性胶囊发电装置,利用柔性结构的强收缩性,让其随着波峰波谷收缩扩张,进而形成脉动来传输水体,使相连尾端竖管内水位随着脉动骤升骤降来压缩排出和快速吸入空气。进行了一系列探索性实验,着重研究柔性材料厚度、波高、周期、气室孔径对该试验装置的波能转换率的影响,数据表明,柔性硅胶管有很好的聚波作用,气室的设计和建造对波能转换效率有较大的影响。 相似文献
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《中国海洋工程》2021,(3)
A structure scheme of a pile-based breakwater with integrated oscillating water column(OWC) energy conversion chamber was proposed, and four structure forms had been designed. Based on the physical test, the variations of the reflected wave height, the transmitted wave height, the air velocity at the outlet of the chamber, the air pressure and the wave height in the air chamber were studied under the conditions of different wave heights, periods, with or without elliptical front wall and the baffles on both sides of the chamber. Moreover, based on the results, the changes and relationship between the wave-eliminating effect and energy conversion effect of the scheme were analyzed. In general, it turns out, the transmission coefficients of the four structure forms are kept below 0.5. Furthermore, the transmission coefficients of the structural forms G2, G3, and G4 were all smaller than 0.4, and it is only 0.1 at its smallest. Thereinto, in general, the structure form G4 has the best wave-eliminating and energy conversion performance. At the same time, when the wave steepness is 0.066, the energy conversion and wave dissipation effect of the four structure forms is the best. The research results could be provided as the reference for the design structure selection of pile-based breakwater with integrated OWC energy conversion chamber. 相似文献
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The motions and time-mean horizontal drift forces of floating backward-bent duct buoy wave energy absorbers in regular waves are calculated taking account of the oscillating surface-pressure due to the pressure drop in the air chamber above the oscillating water column within the scope of the linear wave theory. The present numerical results show that the time-mean drift forces of backward-bent duct buoys are in the reverse direction of propagation of the incident waves over specific frequency ranges as found by McCormick through his experimental work. The drift force has been calculated by the near-field method. A brief discussion on Maruo’s formula which shows that the time-mean drift force must be in the direction of propagation of the incident waves, has also been presented. 相似文献
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波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。 相似文献