一种浮摆式波能发电装置的设计开发_曲泉铀.caj

【摘要】 本文以作者所在研究团队提出的浮摆式波能发电装置为基础，对发电装置波能采集系统中的浮体系统和摆板系统进行了仿真和优化，搭建了发电系统的模拟装置并在陆上进行了半物理法仿真实验，主要内容包括：（1）对AQWA水动力计算软件中的一些理论和模块进行介绍。这些理论包括微波理论、格林函数法、流体作用力公式、时域方程和频域方程等。对应用到的AQWA-LINE、AQWA-LIBRIUM和AQWA-NAUT模块的功能、特点和应用范围进行介绍。（2）基于AQWA软件对浮摆式波能发电装置的摆板系统和浮体系统进行仿真。在不同海况下对摆板和浮体进行模拟计算，得到不同周期、波高和波向下的摆板摆角、浮体RAO值、锚链张力值、水动力参数和浮体垂荡振幅等。发现：①对所设计的波能发电装置而言，波向与相对摆板连线成45角是摆板系统的最佳运行角度；②周期越大，波形图的宽度越宽，摆板和浮体的响应越慢；波高越大，摆板的摆角范围和浮体的垂荡振幅越大；③浮体的垂荡振幅大于浮箱的垂荡振幅；④浮体的附加质量受波浪频率的影响较小，辐射阻尼受波浪频率的影响较大；附加质量和辐射阻尼随着排水体积的增大而增大；⑤周期较小时，应注意锚链的疲劳断裂。（3）应用AQWA对四种不同形状的摆板进行优化。对矩形体、倒锥体、锥形体、锯齿体等四种摆板形状的摆角、水动力参数和水平激振力等进行了计算，研究了摆板的最佳形状、最佳吃水深度、最佳负载、以及摆板与后墙壁的最佳距离。结果发现：①锥形体的摆板摆角、辐射阻尼和水平激振力最大，但最理想的摆板形状是摆板摆角和水平激振力较大且辐射阻尼较小的情况。②排水体积越大，则辐射阻尼越大；摆板的辐射阻尼和水平绕射力对波浪频率的变化很敏感；随着波浪频率的增大，两值也在增大。③相比其余三种摆板形状，锥形体更适用于海况等级较高的情况。对本文研究的装置，当摆板吃水深度不超过0.6m、摆轴负载低于300N m、摆板与后墙壁的距离为4m时，锥形体摆板的做功能力较强。（4）搭建了实验室实验平台。通过控制变频器的信号实现液压缸的上下运动，模拟波浪的输入。设定6种实验方案，并得到各方案下总输入功率、总输出功率、输出电流和输出电压。结果发现：①实验台的效率随着输入频率的增大而减小。②各电液推杆器在不同输入频率情况下，其输入功率可得到很好的叠加。③实验台平衡运行下的效率明显比不平衡运行的效率高。④行程的变化对总输入功率和发电机输出功率有影响。 

【Abstract】 In this thesis，the buoy system and pendulum system of the collection device are simulatedand optimized, building a simulator of the power generation system and land-basedsemi-physical method simulation are experimented based on the floating and pendular type waveenergy converter that proposed by author’s research team, details of content as follows.(1) Some of the theories and modules in the AQWA hydrodynamic calculation software areintroduced, including microwave theory, the Green function meth...  

【关键词】 浮摆式波能发电装置； AQWA； 仿真； 优化； 实验研究；