振荡浮子波浪能发电装置主浮体及系泊系统动力特性研究_罗华清.caj

【摘要】 随着全球资源的不断利用,化石能源储藏量的逐步减少,刺激了新能源科技的不断开发。海洋能(特别是波浪能等)的开发和利用由于环境的污染加重开始成一个热门话题,各种各样的波浪能发电装置模型开始逐渐被制作并投入试验。不同原理和结构的波能转换装置不断涌现,专利更是数以千计。本文研究对象为山东大学研制的120kw波浪能发电装置,其结构可分为三部分:浮子,相当于装置"动子"随波浪运动捕获波浪能,运动频谱和波浪频率越接近越好;主浮体,相当于装置"定子",承载波浪发电装置发电系统,要避开波浪频率越稳定越好;系泊系统对波浪能发电装置系泊和定位,在极端海况下保证波浪能发电装置安全运行。文章针对波浪能发电装置主浮体稳定性和系泊系统在极端海况下的有效性进行动力特性和运动性能进行分析。首先,针对当今波浪发电装置的发电原理、类别等进行了系统介绍,并对当下比较具有代表性的几种波浪发电装置进行详细描述。针对海洋中浮体的定位和安全,对海洋结构物及波浪能发电装置系泊系统进行介绍,并列出波浪发电装置和其他海洋平台差异。对海洋结构物水动力分析理论进行介绍,包括基本方程、边界条件和水动力系数的求解等。其次,在不影响主浮体结构完整性的前提下,对其三维模型进行部分结构的简化以加快仿真效率并减少出错。模型导入AQWA中各进行时域分析以获取主浮体的水动力参数,对其不同波频和浪向对其水动力参数的影响规律进行总结,同时也为下文中的时域分析和计算提供数据基础。然后,利用已获取的水动力参数参照海试地点实际海况在AQWA中编写DECK对主浮体及系泊系统在不同海况下进行时域分析。探索作业海况下系泊系统的存在和锚链参数的改变对波浪发电装置运动特性的影响。并在极端海况下,研究不同锚链直径、系泊点坐标及系泊方案对主浮体运动特性的影响规律,优化原有方案。通过对系泊参数分析表明,锚链直径越大,系泊半径越大,主浮体垂荡的幅度越小。系泊半径对纵荡影响规律不明显,但是锚链直径越大,纵摇幅度越大。采用四条锚链并不能更好的提高系泊系统性能。对优化后的方案进行极端海况下的仿真模拟,得到系泊缆的张力、躺链长度变化等,验证优化方案的可行性。最终,在时域分析中模拟系泊系统出现一条锚链破损后对主浮体的影响。仿真模拟显示优化方案可以使主浮体更好的运行,并且当系泊系统出现部分损坏后依然可以保证装置的正常运行。最后,对波浪能发电装置主浮体结构进行频域和时域分析,研究不同重心位置、不同垂荡板形状和开孔方案对主浮体动力特性和运动性能的影响。研究表明,浮体垂荡受重心位置在竖直方向的上下移动影响微小而主浮体纵摇运动的固有周期对不同的重心位置比较敏感。垂荡板形状尺寸会影响主浮体垂荡和纵摇RAO峰值而不影响固有周期。垂荡板开孔后垂荡固有周期略微减小和垂荡RAO峰值根据开孔方式不同变化不一,会增加纵摇幅度。垂荡板开设阻尼孔可以提高主浮体的水动力性能,减弱主浮体垂荡,改变主浮体固有周期。 

【Abstract】 With the continuous consuming of global resources,the reserves of fossil energy decreases gradually,stimulating the development of new energy technology.Wave energy,as a new renewable energy,is beginning to be taken seriously in recent years.Various types of wave power generation devices in different countries around the world are endless,including oscillating water column(OWC)wave power device,oscillating buoy wave power device,contraction channel wave power generation device and raft-type wave... 

【关键词】 波浪能发电； AQWA； 运动特性； 系泊系统； 频域分析； 时域分析；
【Key words】 Wave energy power generation； AQWA； movement characteristics； mooring system； frequency domain analysis； time-domain analysis；