双气室振荡水柱波能装置水动力特性研究

为了应对持续增长的能源需求和使用化石能源引发的环境问题,世界各国都在寻求开发可再生能源。波浪能作为海洋可再生能源的一种吸引了各国的关注。在众多的波浪能转换技术中,振荡水柱(OWC)式波能装置被广泛认可为最先进技术之一。关于OWC水动力特性的研究中,绝大部分都是基于单气室OWC装置,然而该装置只有在波浪频率在其共振频率附近时才是高效的。为了提高装置的能量转换效率和在更宽波频条件下吸收波能的能力,双气室式OWC波能装置的概念被提了出来,并进行了一定的测试。作为前期单气室OWC装置研究工作的拓展,该研究考虑具有两个独立气室的固定式OWC波能装置,并与单气室OWC波能装置的水动力性能进行了对比。采用实验和数值的方法对双气室OWC装置的水动力效率、波面变化和气室压强进行了模拟研究。数值模型基于完全非线性高阶边界元方法建立,并引入人工黏性近似由于气室前墙诱发的水体黏性效应。模型实验在大连理工大学的波流水槽内开展。研究发现,与单气室结构相比,双气室结构能够拓宽OWC装置的有效频带宽度和改善装置的水动力性能,这些发现有助于实际工程中OWC波能装置的设计和应用。     

基于MPC的船舶横摇运动控制方法研究

船舶在恶劣海况下会产生大幅横摇运动，严重影响船舶航行安全。如果能对船舶运动趋势进行预测，并采取一定措施进行减摇控制，将大幅提升船舶安全性。该文基于AQWA软件计算船舶运动响应，利用系统识别对波浪的记忆效应进行近似估计，结合横风横浪中单自由度横摇运动方程和船舶运动状态方程，采用模型预测控制(MPC)方法进行船舶横摇运动控制，进而达到减小横摇运动的目的。通过对标准船模5415在规则波和不规则波条件下的横摇运动及其控制模拟，结果表明：MPC方法可有效减小横摇运动幅值，可以很好地解决船舶横摇运动控制的非线性问题，因此该方法适用于船舶时域运动控制研究。该研究为横浪条件下多自由度船舶运动控制奠定了基础。     

口门布置对港池消波和环流的影响研究

针对避风港港池内的波流影响船舶安全等问题,用计算流体动力学模型,分别模拟了避风港口门相对于码头的5种位置布局和三种口门宽度(20、40、60 m)工况下,港池外波高分别为1、2、4 m的规则波传入港池后波浪消减率及可能形成的环流危险区域,模拟结果表明:港池口门偏离码头角度最大时,港池内波浪消减率最大,是较适宜的口门位置;在此条件下,口门越窄,环流区越多,不利于船舶安全,限制了通航能力。研究发现口门宽度为40 m时,既能保证船舶进港率,又能保障港池安全,在此基础上提出了合理的进出港航线。     

沿海波能开发

波能是全球蕴藏量最大的能源之一,但开发难度较大.伏伊特西门子公司的子公司Wavegen正在为其基于振荡水柱技术的波能转换装置寻找商业运作机会.介绍了该公司研发的Wells涡轮机的发电原理、性能改进和优化设计,以及为降低工程费用、实现商业运行所进行的研究.     

二维半理论的船舶运动及波浪增阻计算适用性研究

波浪增阻是计算船舶能效指标中气象因子w_f的关键。该文基于二维半理论(又称高速细长体理论)实现了船舶运动响应预报并采用辐射能量法开发了波阻增加计算程序。通过对不同航速下Wigley III和S175船的水动力、运动和波浪增阻的细致计算与分析,并与切片理论和三维航速修正法求解的结果及试验值进行了比较,验证该方法的可靠性和适用性。研究表明二维半理论适用于船舶运动与波浪增阻的计算,相较于工程上常用的切片理论和航速修正方法,计算结果准确性适用性更高,为船舶波阻增加预报提供了快速有效的手段。     

τ-P变换在面波勘探中的应用

在介绍了不同类型的地震波在X-T以及τ-P域中的波场特征及辨识方法的基础上,通过数值模拟及工程实例,比较分析面波τ-P变换滤波前后的记录、频谱、频散曲线表明,利用τ-P变换对干扰波进行压制,突出基阶面波,能进一步提高拾取频散曲线的准确性和精度,使反演成果更加可靠。     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

基于ADAMS的鹰式波浪能发电装置PTO系统优化设计

波浪能发电装置的PTO (Power Take Off，动力输出)系统对发电效率有重要影响。该文以鹰式波浪能发电装置为研究对象，基于线性势流理论在频域内求解了波能装置的多体水动力系数和给定海况下吸波体波浪诱导载荷，采用间接时域法求得吸波体的时域运动响应。在ADAMS框架中建立鹰式装置液压PTO系统的参数化模型，以液压缸的安装位置和PTO系统阻尼系数作为设计变量，PTO系统平均功率为目标函数，实现对液压PTO系统能量转换效率的目标优化。通过全参数优化，装置在中国南海海域中等海况和低海况下，较之原型机俘获宽度比均有大幅提高，中等海况和低海况下的平均俘获宽度分别提高了6.748%和12.816%。这为波浪能发电装置液压PTO优化设计提供了一种高效可行的数值方法。     

用MPS方法数值分析孤立波与平板相互作用问题

表面孤立波与海洋结构物的相互作用常伴随有砰击、上浪等现象,是船舶与海洋工程领域需要研究的重要问题之一。该文采用基于无网格半隐式移动粒子MPS法开发的MLParticle-SJTU求解器,对孤立波与平板结构相互作用问题进行数值计算分析研究。模拟了二维孤立波对平板的冲击作用过程,得到的平板受力与实验结果吻合良好,验证了MLParticle-SJTU求解器在处理此类问题上的可行性。通过对孤立波与平板相互作用过程的三维模拟,观察到了有别于二维空间下的波浪在平板上表面演化过程,即呈现U型演化过程,说明对此类问题进行三维数值模拟的必要性。     

二维浅水狭航道船舶变速航行的有限元计算

本文从二维浅水波方程出发,采用有限元计算船舶变速驶进、驶出大坝升船机承船厢时的水动力学过程.二维浅水波方程理论把行驶船舶对水面的作用力直接加在二维浅水波方程里,以此来计算水表面波动和水平流速.水动力波产生的水动压力又影响到船舶的运动.本文研究船舶和水体的相互作用.它描述了水面波动、水平流速、船舶的纵倾角、船和厢底的最小间隙、以及承船厢受的水体总重量、水动力矩等重要物理量在船舶行驶过程中的变化规律.本文算例的结果和文献[5]给出的实验数据大体一致.计算结果还发现,船舶驶出承船厢时下沉和纵倾的幅度比船只驶进承船厢时要稍大一点.工程上应当予以重视.     

Ship bow waves

The bow wave generated by a ship hull that advances at constant speed in calm water is considered. The bow wave only depends on the shape of the ship bow (not on the hull geometry aft of the bow wave). This basic property makes it possible to determine the bow waves generated by a canonical family of ship bows defined in terms of relatively few parameters. Fast ships with fine bows generate overturning bow waves that consist of detached thin sheets of water, which are mostly steady until they hit the main free surface and undergo turbulent breaking up and diffusion. However, slow ships with blunt bows create highly unsteady and turbulent breaking bow waves. These two alternative flow regimes are due to a nonlinear constraint related to the Bernoulli relation at the free surface. Recent results about the overturning and breaking bow wave regimes, and the boundary that divides these two basic flow regimes, are reviewed. Questions and conjectures about the energy of breaking ship bow waves, and free-surface effects on flow circulation, are also noted.     

新型波浪能发电装置的运动学分析

以开发利用海洋中的波浪能为要求,本文设计了一种漂浮式波浪能采集装置的新型波浪能发电系统。描述了装置的工作原理。并采用UG软件仿真对装置进行了运动学分析,仿真计算了该装置不同速度输入函数和恶劣海况条件下的传动性能,对传动过程的传递效果进行验证。研究结果表明:实验装置附加各类常见速度函数工作状态正常。实用性能高,对海况条件有较好的适应性。仿真效果与理论计算有较好的一致性,对漂浮式波能发电装置理论研究具有指导意义。     

摆动叶片式波浪能发电装置的水动力性能分析

简述了摆动叶片式波浪能发电装置的结构和工作原理,结合波浪力学和浅水波理论对摆动叶片进行理论分析,推导出俘获效率公式。为了分析装置的性能,采用Fluent软件仿真的方法,分析了摆角和波高参数对装置的水动力学性能的影响,提出最佳摆角概念,并研究了最佳摆角与波高的关系。研究结果表明:装置的俘获效率随着摆角的增大先增大后减小;随着波高的增加,装置的俘获效率在增加,研究结果为后期装置的试验提供了理论依据。     

混合浪作用下系泊船舶运动响应规律试验研究

采用双峰频谱模拟涌浪和风浪同时出现的混合浪,以一艘26.6万立方米的LNG船舶为试验对象,对混合浪作用下系泊船舶的运动响应规律进行物理模型试验研究。结果表明:当混合浪能量一定时,系泊船运动量大多随着低频部分波浪能量的增大而增大;在一定装载状态下,系泊船纵荡和垂荡运动量随混合浪中涌浪周期的增大逐渐增大,横荡、横倾和回转运动量峰值与船舶自然固有横荡周期存在着一定的比例关系;当混合浪中风浪条件一定时,系泊船运动量大多随着涌浪波高的增大迅速增大;当混合浪中涌浪条件一定时,风浪波高的改变对系泊船舶运动量的影响较小;在横向波浪作用下,系泊船纵倾运动受混合浪变化影响很小。     

中心管管径变化对浮标波能转换性能的影响分析

为了探究中心管管径变化对振荡水柱式波能发电装置能量转化性能的影响,从提高波力发电装置的能量转换效率方面,设计了一种中心管结构,对其上下部分管径取3组比值,采用流体力学仿真软件和网格划分软件对三组模型进行数值模拟计算并在造波水池中进行能量转换效率误差分析。结果表明,直管型中心管能量俘获宽度比仿真结果和实验数据最高值分别为10. 6%、9. 8%,虽然俘获宽度比出现了双峰值,但波峰不高且波谷较低;管径比为5/7和3/7的阶梯型中心管能量俘获宽度比仿真值和试验值分别为15. 7%、15. 2%和17. 6%、16. 4%,阶梯型中心管能量转换效率优于直管型中心管,且都出现了双峰值和较高的波谷。在实际运行中,采用阶梯型中心管可有效提升波能发电装置的能量转化效率,且中心管管径比r_2/r_1越小,其效率提升越明显。考虑到装置的结构合理性,中心管具体尺寸应视实际情况取值。研究成果能够为新型波浪浮标的设计提供理论依据。     

一种基于海浪发电的浮式消波堤设计与试验研究

为了进一步解决近海渔业养殖的供电问题,设计了一种基于海浪发电的浮式消波堤。利用波浪力学和垂荡能量转化相关公式,对适用于福建省霞浦县海域的抗风浪消波堤进行整机尺寸的设计,同时借鉴典型水力发电叶片的计算方法,对用于波浪能量捕获的消波堤外圈摆叶进行了设计,利用稳压电路对发电机输出的电能进行稳压处理,最后通过 40 W 小型样机的试验验证了装置的发电性能。结果显示,对于设计功率为 40 W 的试验样机,2 h 监测区间内平均功率为42 W,最大功率为 54 W; 最佳负载状态下的60 s 周期输出电压峰值为52 V,平均电压为 20 V 左右,但输出电压起伏较剧烈,来潮间隙时刻存在电压为0 的区间。研究成果为海浪发电设备的设计提供参考和借鉴。     

波浪周期对系泊船舶运动影响试验研究

系泊船舶泊稳是港口设计和营运过程中的重要问题,系泊船舶泊稳标准从实质上讲就是限制系泊船舶的运动量。较长周期波浪作用下的系泊船舶泊稳问题愈来愈受到各方的关注,选取了一艘10万吨级散货船进行横向不规则波作用下的系泊模型试验,在同一波高下变化入射波浪周期,通过系列试验,分析波浪周期对系泊船舶横移、横摇和升沉运动的影响。研究结果表明,系泊船舶横移运动量总体上均随着波浪周期的增大而增大,横移运动对波浪周期的响应敏感程度是变化的;系泊船舶横摇和升沉运动量均随着波浪谱峰周期的增大先增大然后减小,当波谱谱峰周期与相应的船舶固有周期接近时,横摇和升沉运动量均出现了一次峰值。     

DISSIPATION OF WAVE ENERGY ON VERY MILD SLOPE

1.　INTRODUCTIONOffshoreareasarewherepeoplefrequentlyengagevariouskindsofhumanactivities,forexamples,portbuilding.seawallconstruction,installationofoildrillingplatformandseashorepowerstation,etc.Whenstructuresplacedinshallowwateraredesigned,thedesignwaveheightalwaystakesthecriticalwaveheight-breakingwaveheight.ThecriticalwaveheightadoptedinChineseCodeisdeterminedbyGoda′smethod,whichiswidelyusedinmanycountries.Thismethodisbasedonthestudyofregularwavesonbottomslopei≥1/50.Themaximumwavehe…     

波浪群性作用下系泊船运动响应和统计特征值分析

码头前系泊船的运动响应与缆绳张力对于码头的运营安全至关重要。波群对系泊浮体波浪载荷特性不同于普通的随机波浪,具有一定的特殊性。该文对两种模拟波群方法进行了讨论,分析了两种模拟波群方法的特点以及群性与波浪统计特征值之间的关系。在此基础上开展了群性波浪作用下系泊船的运动响应研究,得出了谱峰因子?、群高参数GFH和群长参数GLF与波浪特征波高的变化规律。     

NEW WIND WAVE GROWTH RELATIONS

In the present paper combining the relationship between wave steepness and wave age with the significant wave energy balance equation for wind wave, a new wind wave growth relation is presented. Comparisons with the other existing wind wave growth relations show that the results in present paper accord better with the wind wave growth process.