分层斜坡越浪式波能发电装置的二维数值模拟

以分层斜坡越浪式波能发电装置为研究对象,建立推板造波下的二维水动力数学模型,并通过Stokes波理论解及水工物理模型试验对其有效性进行验证,进而对装置的越浪和受力性能进行计算,给出不同吃水、不同波况下装置上下层的无量纲越浪规律,探讨装置的受力分布和水力效率,为进一步研究分层越浪式装置的水力性能和结构稳定性分析提供依据。     

滑动挡板堤式波浪发电装置水动力特性研究

针对滑动挡板斜坡堤式波浪发电装置,通过模型试验和数值模拟,研究斜坡比对装置越浪量的影响以及水深、滑动挡板顶高程、泄流通道直径等对泄流通道内流速和能量转换的影响。研究结果表明,相同水深条件下,斜坡堤的最优斜坡比为2.0。相同水深和斜坡比时,泄流通道内流速随滑动挡板顶高程的增大而减小。通过调整滑动挡板顶高程与水位的关系及优化流道内径,该发电装置在试验中的稳定获能系数可达到约8.0%。     

越浪式波能发电装置的水力性能研究

越浪式发电装置的水力性能主要取决于装置的越浪量,对于越浪量的研究,以往文献的研究大部分集中于如何减少越浪对防波堤和海岸建筑的破坏,保障海上建筑的稳定。对于越浪式发电装置来说,最重要的就是研究如何使装置的越浪量达到最大,从而获得足够的能量。文章研究了在不同波况下装置的越浪量以及坡道压力分布。在试验水槽中对越浪式发电装置进行模型试验,通过分析试验结果,发现装置的越浪量基本符合Van der Meer越浪量模型,并给出了坡道在不同波况下受力的变化规律以及装置的水力效率。试验结果为研究越浪式装置的水力性能和结构稳定性分析提供了依据。     

管袋堤坝波浪作用下波浪压力的数值模拟研究

波浪作用是影响管袋筑坝的最主要外部荷载,关系到管袋结构的安全与稳定。为了解管袋堤坝在波浪作用下的波浪压力,基于流体力学计算软件FLUENT建立数值水槽模型,通过设定不同的边界条件,采用源造波法模拟不同波高、周期、水深、坡率下波浪与管袋坝面的相互作用,计算管袋受力和波陡、坡率之间的关系,并拟合相应关系曲线得到管袋坝的受力和波陡、坡率之间的函数关系式。结果表明,该方法的结果与物理试验过程中获得的规律相符,具有一定的实用性。     

新型四导叶可变翼波浪能发电装置水动力性能研究

首先,建立三维数值波浪水槽,确定可变翼装置达到最优转动效果时导叶的最大张开角度;然后,在波浪水槽中进行试验考察波浪作用下可变翼装置的转动特点;最后,比较不同波浪条件下装置的转速,并总结影响转速的主要因素。通过数值模拟及试验研究发现:1)导叶最大张开角度达到39?时,装置达到最优的转动效果;2)波浪作用过程中可变翼装置的转速不稳定、波谷时刻叶轮位置处水质点的速度小于0.232 m/s时装置会出现间歇性停转;3)波高过小、周期过大、模型入水过深都会降低模型的旋转速度。     

漂浮式波浪发电系统波浪能模拟及参数计算

基于线性叠加法模拟了不同风速下的波浪波形,提取了波浪力能,分析了浮筒的受力情况,进而在保证漂浮式波浪发电系统稳定运行的情况下计算了不同波浪浪高下的浮筒尺寸、质量与发电机功率之间的关系,并应用仿真软件进行了仿真研究,结果对漂浮式波浪发电系统的各参数设计具有重要的指导意义。     

双矩形浮子波能装置散射问题解析解及波浪力特性

基于特征函数展开法,求解线性入射波作用下双矩形浮子波能装置的散射问题,得出绕射速度势的一种新解析式,并由绕射势和入射势计算出波浪激励力。采用边界元数值方法对相同算例进行计算,结果可验证该文方法的正确性。研究探讨了双矩形浮子波能装置浮子间距对浮子波浪力的影响。     

新型浮筒式波浪能发电装置试验研究

设计研发一种新型浮筒式波浪能发电装置,并对其进行试验研究。采用1∶16的缩尺比制作模型,通过不同输水管径及不同波浪条件的模型试验分别研究输水管径、波浪高度、波浪周期这3个因素的变化对新型波浪能发电装置输水流量、上水量、一二级能量俘获效率的影响特征规律,为实际建设波浪能发电装置提供可靠的设计依据。试验结果表明:随着输水管径的增大,流量、上水量、能量俘获效率呈一致增大的趋势;随着波高的增大,流量、上水量均有所增加,但能量俘获效率反而减小,而波浪周期的变化对三者的影响幅度较为稳定。该模型试验中,所设计新型浮筒式波浪能发电装置的俘获效率最高可达37%,证明新型浮筒式波浪能发电装置是一种具有竞争力的方案。     

半潜式波浪能养殖平台与系泊系统的耦合动力分析

以“澎湖号”半潜式波浪能养殖平台为研究对象,开展养殖平台及其系泊系统在浪、流联合作用下水动力性能的研究。基于三维势流理论,应用一阶泰勒展开边界元方法对其频域水动力进行计算,研究不同浪向下平台的运动响应和二阶波浪漂移力。采用间接时域分析方法和异步耦合方法实现平台和系泊系统的时域耦合动力求解,对不同浪流组合工况下平台的时域运动与锚链张力进行分析。研究表明,在南海常规海况中平台稳定性较好,立柱间水动力干扰尤为明显,顺浪时平台所受的二阶波浪漂移力最小。在与系泊系统的耦合作用下,平台的横摇与纵摇运动受入射波浪向的影响较大,入射波波高对顺浪下的平台横摇运动和横浪与斜浪下平台纵摇运动影响明显。     

浮力摆式波浪能发电装置试验系统研究

提出基于液压传动的可模拟波浪载荷之浮力摆式波浪能发电装置试验系统设计方案并介绍该系统的工作原理。通过数值模拟的方法进行浮力摆上的波浪载荷计算;通过搭建液压系统对作用于浮力摆式波浪能发电装置的波浪载荷进行模拟,对其进行建模仿真,并完成该试验系统的搭建及半物理仿真试验。试验结果表明:所提出的浮力摆式波浪能发电装置试验系统能较好地模拟波浪力作用在浮力摆上的载荷,可稳定输出电能。     

振荡水柱式波浪能供电浮标水动力学性能研究

提出一种振荡水柱式锥形中心管波浪能供电浮标。首先，介绍浮标的结构及工作原理，其次，设计3种模型方案。建立浮标在入射波下受迫运动的数学模型，进行数值模拟计算，获得浮标在设计工况下的附加质量、阻尼系数、波浪激励力、运动响应等水动力学参数。最后，通过物理模型试验，获得各设计方案在不同周期下的俘获宽度比，并与数值计算获得的俘获宽度比进行对比分析。结果显示：不同设计方案的浮标适应不同的水深条件，设计方案中模型1的俘获宽度比最大数值为47.8%。     

单浮筒振荡浮子式波浪能装置的动力特性分析

针对振荡浮子式波浪能利用技术,提出一种单浮筒式波浪转换设计方案,对单浮筒随波浪的运动特性展开研究,将波浪能转换为振荡浮筒的摆动机械能,传递给PTO能量转换系统。通过采用Star-CCM流体仿真软件分析浮筒装置在不同PTO能量转换系统参数下的运动特性及受力情况,得到不同弹簧阻尼工况下浮筒装置的运动特性,以期为波浪能技术的装置结构优化及真实海况运行提供理论基础。     

浮式风机平台风浪流载荷动态响应研究

为探究漂浮式风力机平台的动态响应,建立基于ITI Energy Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机模型。通过辐射衍射理论并结合有限元方法,考虑风、浪、流环境载荷的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了波激力和漂移力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;波激力在数量级上远大于漂移力,且各自由度波浪力在低频波浪部分响应较大;极端海况下,驳船式平台在纵荡、垂荡和纵摇方向响应非常剧烈。     

基于波流耦合分析下的斋堂岛海域潮流特性研究

利用Delft3D FLOW和WAVE模块建立斋堂岛海域的潮流场、波浪场水动力学模型,并通过2个模块在线耦合的方法建立波流双向耦合模型,模拟并分析波流耦合环境下的斋堂岛海域潮流特性;根据波流耦合模型和潮流模型数值模拟的结果,对比分析波流耦合环境下的斋堂岛海域潮流特性变化,同时研究波浪在沿岸不同的空间位置对流速变化的影响。结果表明:斋堂岛海域在离岸位置160～400 m的波浪破碎带区域内,波浪对流速的影响较为明显,且在水深较浅区域影响幅度大于水深较深区域。     

初始浑水含沙量对沉淀池中流速分布的影响

为研究初始浑水含沙量对河水滴灌重力沉沙过滤池中沉淀池内流速分布规律的影响,对5种不同初始浑水含沙量下沉淀池内的水沙两相流流场进行了数值模拟。通过对比分析不同初始浑水含沙量下流速沿水流方向和沿水深方向的分布规律,可知不同初始浑水含沙量下浑水流速沿水流方向变化规律与水深方向不同;但初始浑水含沙量越大,流速沿水流和水深方向增加或减小的幅度也就越大,越容易在沉淀池尾部形成较大回流,从而导致水流将部分泥沙带出沉淀池,使沉淀池的水沙分离效率降低。     

电液伺服波浪发电模拟试验台的仿真研究

基于AMESim液压仿真软件,对伺服控制式的波浪发电模拟实验台进行仿真研究。结果表明:实验台主动油缸速度特性符合波浪运动规律,即在不同的波浪模拟信号下,通过PID控制可自动调节主油缸执行机构的动作响应,完成波浪的模拟运动。实验台可模拟波浪能转化成电能稳定输出的过程,为海上波浪发电装置液压系统的设计优化提供可靠保证。     

基于LBM的波浪作用下动量射流数值模拟

为了进一步研究射流在有限水深波浪环境下的流动规律,拓宽LBM在水利工程学科中的应用范围,将LB方法的原理应用于自由表面处理、边界条件设定、紊流模型的耦合求解、造波及消波等关键问题上,建立了二维多松弛LB数值波浪水槽模型。运用该模型模拟不同波浪环境下动量射流的紊动特征及变化规律,得到射流在不同工况下的轴线速度衰减、扩展半宽变化和横断面速度分布等规律。研究表明,该模型具有很好的适用性,可以较好地模拟射流问题。     

浮式风力机平台动态响应优化研究

为探究漂浮式风力机平台的动态响应及其优化措施,建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机模型,并对平台分别附加垂荡板和螺旋侧板。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,考虑风、浪、流载荷的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:附加螺旋侧板可明显降低平台所受一阶波浪力,附加垂荡板效果不明显;附加垂荡板和螺旋侧板可明显抑制平台在垂荡、纵摇方向的运动,对纵荡方向响应抑制效果不明显;平台所受二阶波浪力数值远小于一阶波浪力。     

阻尼板式波浪压电换能装置研究

设计一种阻尼板点吸收式波浪压电发电装置;建立系统的动力学模型,采用基于格林函数的高阶边界元法对装置浮体的水动力学系数和波浪力进行计算;通过数值仿真方法分析波高、波浪周期、阻尼板尺寸和弹簧刚度对装置性能的影响。研究结果表明,浮漂体与阻尼板之间的相对位移幅值随着波高的增加几乎是线性增加的;相对位移幅值随波浪周期变化的规律与波浪力大小随波周期变化的规律一致,当周期达到4.5 s时相对位移幅值最大,然后趋于稳定;在弹簧刚度k=150 N/m的情况下,当阻尼板尺寸为L=0.35 m时相对位移幅值最大。可为进一步设计样机提供理论参考。     

鹰式二号波浪能装置的频域动态响应计算与负载优化设计

以鹰式二号波浪能发电装置为研究对象,基于捕获宽度达到最优为准则,通过对波浪中运动的装置建立频域运动方程,计算装置运动模态响应、获得最优负载阻尼和主要结构点受力等设计要素,并根据万山岛海域波浪条件开展能量转换系统负载设计、提供结构强度设计支持数据等。研究结果表明:在不同波况下装置获得捕获宽度对应的最优阻尼也不同;鹰式二号波浪能装置对于周期约2 s小周期波浪也具有良好的响应,捕获宽度达50%以上,在主要设计波况3~6 s最高捕获宽度达到300%,在万山岛海域波浪能试验场波况最高捕获宽度达到200%。