波浪能发电装置浮体形状参数对俘能性能影响

为明确振荡浮子式波浪能装置浮体形状参数对俘能性能与工作稳定性的影响, 建立线性能量输出系统作用下的浮体频域计算模型, 推导俘能功率与俘能宽度比的计算公式, 介绍浮体频域数值模拟步骤, 运用ANSYS-AQWA软件开展研究, 计算并对比不同底面形状和圆台半顶角下浮体的俘能功率与俘能宽度比, 探讨浮体形状参数对其俘能性能的影响规律, 为适用于锚泊浮台的波浪能供电装置浮体形状参数优化提供理论基础。研究结果表明:相对于圆锥和圆球底面, 圆台底面的实际制作可行性高, 且在中频波段的俘能性能与俘能稳定性均优于一般圆柱浮体; 上大下小型圆台浮体的俘能性能和工作稳定性较好, 半顶角增加时, 浮体的俘能性能增加且可改善浮体的中频俘能性能, 可根据工作波况合理选择最佳的半顶角, 使得浮体具有最佳的俘能性能与工作稳定性。     

波浪能发电装置叶轮轮毂半径FLUENT分析

采用FLUENT软件对波浪能发电装置中轴流式水轮机叶轮进行模拟计算,得出水叶轮在不同轮毂半径条件下受力、转矩等数据,并与试验结果进行比对,分析了轮毂半径对叶轮发电效率的具体影响,遴选出最合适的轮毂半径。研究结果表明本方法可提高叶轮优化效率,并证明了所提方案有效性,可为叶轮的优化设计提供参考。     

微型阵列波浪能发电装置捕能特性

提出一种微型阵列波浪能发电装置,通过理论分析建立阵列浮子频域运动方程,推导在线性能量输出系统(power take-off,PTO)作用下阵列浮子平均输出功率的计算公式,在频域内探究阵列形式、线性PTO阻尼系数、浮子参数和浮子间距对阵列浮子捕能特性的影响.研究结果表明:直线形阵列和正三角形阵列在随机波向下的捕能性能差距...     

海洋波浪能发电装置研究进展

为准确把握海洋波浪能利用技术的发展情况,以海洋波浪能发电装置为出发点,综述当前的重要研究进展.波浪能装置形式尚未收敛,以不同的能量捕获方式为分类原则,介绍振荡水柱式、越浪式和振荡体式3类主流装置的工作原理及其能量转换系统.分析每类装置的优缺点,选取典型工程装置展开详细的介绍.对我国已经完成海试的工程装置情况进行整理,发...     

波浪能发电“点头鸭”式稳态绕流数值模拟研究

以FLUENT软件为平台建立二维数值模型,对＂点头鸭＂在不同攻角不同来流速度下的稳态绕流进行了数值模拟。本文模拟得到了不同攻角和来流速度下＂点头鸭＂受到的波浪力,以及相同攻角下＂点头鸭＂在不同来流速度时的速度场,并进行了分析和对比。所得结论可为开发利用高效飘浮式波浪能发电装置提供理论依据。     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动.纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比.设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项.结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因.产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽.随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

排桩式波浪能发电装置附近流场特性研究

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和k?ω湍流模型,研究单排桩式振荡水柱式波浪能发电装置在规则波作用下的桩基附近流场特性. 通过物理模型实验验证所建数值波浪水槽的准确性. 模拟规则波作用下装置附近的流场特性,分析装置附近的涡特征以及其对装置附近泥沙冲刷情况的潜在影响. 结果表明,测试工况下,在桩式振荡水柱装置桩柱体的桩基附近观察到马蹄涡和尾涡现象,马蹄涡强度随着Keulegan–Carpenter（KC）数的增大而减小,尾涡强度随着KC数的增大而增大. 马蹄涡因强度过小,在模拟的KC数范围内不是装置桩基泥沙冲刷的主要因素,高强度的尾涡很可能成为装置桩基附近泥沙起动、输运和冲刷的重要影响因素.     

自升式海洋钻井平台锁紧装置液压系统

针对自升式海洋钻井平台锁紧装置,讨论其构成,对作为驱动装置的液压系统进行设计并作出原理图,运用solidworks和3D Studio Max软件对锁紧装置进行建模仿真.锁紧装置液压系统的设计主要采用比例阀控制的同步回路和用顺序阀的顺序动作回路来分别实现液压缸的同步运动以及顺序动作.     

液压助力式飞行操纵系统仿真分析

文章采用Madab/Simulink建立液压助力式飞行操纵系统的动力学模型,该模型考虑了支座间隙、滑阀遮盖、摩擦力等非线性因素.通过仿真分析得出飞行操纵系统的各项性能指标,包括峰值时间、调节时间、超调量、相位滞后、流量需求等,以及各性能指标对主要设计参数的敏感性,为后期的铁鸟试验及优化设计提供参考.     

一种点吸式波浪能装置水动力性能优化

为改善点吸式波浪能装置的运动性能,运用基于黏性流体力学的计算流体力学(CFD)方法对一种特定的点吸式波浪能装置中的浮子进行三维时域模拟,研究不同浮子形状、阻尼系数和浮子质量对装置性能的影响规律.结果表明:运用CFD方法和实验方法得出的浮子运动曲线较为吻合,CFD值较基于势流理论的计算值更接近于实验值;在自然振荡和阻尼振荡时,圆台形浮子的运动性能都优于圆柱形浮子;圆台浮子的俘获宽度比会随着机械阻尼系数的增大呈现先增大后减小的规律,其最大值对应的阻尼值即为最佳阻尼值;俘获宽度比随着质量的增大呈现缓慢增加后略有减小的规律.     

淹没深度对三自由度波能浮子获能的影响

为明确浮子淹没深度对三自由度浮子装置获能的影响,提出漂浮式与淹没式两种浮子模型,计算并比较在不同淹没深度和波浪条件下浮子的获能特性。浮子模型具有纵荡、垂荡与纵摇3个运动自由度。浮子选用直立圆柱体浮子。淹没深度分别设置为其高度的0.5、1.0、1.5与2.0倍,质量相同。漂浮式浮子模型作为对照,基于线性势流理论与边界元方法,建立浮子水动力学模型,计算浮子水动力学参数及运动响应,并采用线性能量转换(power take-off, PTO)系统阻尼,计算并对比浮子在最优PTO阻尼下的平均输出功率,分析淹没深度对浮子获能的影响。研究结果表明,增大淹没深度可以减小浮子的波浪激励力和平均输出功率。对于三自由度浮子,漂浮浮子在低频波浪下获能特性较好,而具有较小淹没深度的浮子在高频波浪下性能更优。     

淹没深度对三自由度波能浮子获能的影响

为明确浮子淹没深度对三自由度浮子装置获能的影响,提出漂浮式与淹没式两种浮子模型,计算并比较在不同淹没深度和波浪条件下浮子的获能特性。浮子模型具有纵荡、垂荡与纵摇3个运动自由度。浮子选用直立圆柱体浮子。淹没深度分别设置为其高度的0.5、1.0、1.5与2.0倍,质量相同。漂浮式浮子模型作为对照,基于线性势流理论与边界元方法,建立浮子水动力学模型,计算浮子水动力学参数及运动响应,并采用线性能量转换(power take-off, PTO)系统阻尼,计算并对比浮子在最优PTO阻尼下的平均输出功率,分析淹没深度对浮子获能的影响。研究结果表明,增大淹没深度可以减小浮子的波浪激励力和平均输出功率。对于三自由度浮子,漂浮浮子在低频波浪下获能特性较好,而具有较小淹没深度的浮子在高频波浪下性能更优。     

基于数字液压缸组的波浪能装置压力匹配

为了解决分布式波浪能装置液压传动系统中不同支路液压油汇集时的压力不均衡问题,提出新型的数字液压缸组以替代常规的液压缸. 该液压缸组由多个面积不同的液压缸组成,由高速开关阀控制液压缸组切入传动系统的液压缸数目,这意味着可以控制不同液压支路的压力以实现不同支路之间的压力匹配. 通过建模仿真和半物理试验表明,与基于传统的液压缸的分布式波浪能装置相比,基于数字液压缸组的分布式波浪能装置能够有效减少在不同波浪载荷作用下的不同液压支路的压力不平衡,系统中不同浮力摆均能够吸收波浪能对外做功,驱动液压马达稳定持续运行.     

漂浮式海浪发电装置主浮体结构的有限元分析

应用线性波理论与Morison方程,计算出漂浮式海浪发电装置主浮体在极端海浪条件下受到的海浪冲击力。利用三维软件建立海浪发电装置及其主浮体模型。利用ANSYS Workbench软件与三维软件的接口,建立主浮体的有限元模型,求解其在海浪冲击作用力下的位移及应力响应。仿真结果表明:主浮体在极端风浪的冲击作用下,应力响应与位移响应均在振型处达到最大值,但处于所规定的安全范围之内。     

复杂形状波力直线发电装置的优化

针对漂浮式波浪能转换装置的能量转换特性问题,以漂浮双浮体直线发电波浪能装置为研究对象,基于线性波理论和粘性阻尼理论,建立了复杂形状波能装置的双自由度受迫振动方程,推导了最佳弹簧和最佳阻尼下波能装置的最佳吸收功率函数表达式和相对位移幅值表达式;基于边界元方法的Hydro Star软件计算了复杂形状波能装置水动力学系数和波浪激励力。数值计算表明:在满足装置吸收最大功率的条件下,最佳弹簧系数在一定波况下出现了负值;在无弹簧的最佳阻尼条件下,装置的相对位移幅值小于波幅,波浪能功率和俘获宽度比在给定入射波周期范围内出现峰值。     

超高速飞行器气动外形对电波传播特性的影响

等离子体鞘套会对飞行器的无线通信信号产生强烈的干扰,甚至中断信号而威胁飞行器的飞行安全．为了解不同气动外形对电波传播特性的影响,文中研究了典型飞行器外形(钝头和尖头)外部鞘套的电波传输特性．首先,采用商业软件COMSOL计算不同飞行条件下的流场分布,生成离散鞘套模型数据．然后,结合等离子体中电波传播理论,采用高维Lagrange插值以及Runge-Kutta等方法数值地求解电波在鞘套中的射线方程,得到电波轨迹和衰减以及一些新的传播特性,并对这些传播特性的物理机制进行了分析．结果表明,在相同条件下,钝头飞行器对电波的干扰明显地强于尖头,表现出丰富的传播现象．取得的这些结果,能够为超高速飞行器设计提供参考,并进一步推动相关问题的研究．     

离岸式振荡水柱波能装置的理论及数值研究

基于势流理论, 利用匹配特征函数展开法,求解微幅波与离岸式振荡水柱（OWC）波能转换装置相互作用的边界值问题. 借助FLUENT软件及其用户自定义函数（UDF）,建立二维完全非线性波-OWC装置数值模型. 从理论和数值上分析OWC装置吃水深度、气室宽度以及墙体厚度对波能转换效率的影响,解析解和数值结果吻合较好.依靠数值模型,模拟波高变化对OWC装置工作效率的影响. 研究表明：OWC装置吃水深度的增加会导致高效频率带宽变窄,峰值向低频区移动;墙体厚度的增加会导致高频区波能转换效率下降,但对低频区影响较小;气室宽度的增大会导致高效频率带宽变宽,峰值向低频区移动;波高的增大会导致波能转换效率下降,在共振频率附近尤为明显.     

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析

为解决传统船型和棱柱筒状FPSO的性能局限,提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.根据所研发的新型对接棱台状浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面外接圆半径等)对浮体水动力性能的影响.最后,根据频域势流理论和工程近似方法,分析并概括出基于垂荡运动性能的新型浮体设计准则和方案.在此基础上,结合某棱柱型FPSO的基本功能(载重量、排水量、储油空间、上甲板面积的设计值),完成新型FPSO的主浮体设计.通过性能比较,证明了对接棱台状FPSO的水动力性能优势和设计方案有效合理性,以期能够为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.     

双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析

波浪能装置中浮子的运动性能直接影响装置的能量吸收.采用基于N-S方程的CFD方法建立三维数值波浪水池,对一种特定波浪能装置中的浮子进行时域数值模拟,并与实验对比验证了该方法的可行性.从流场的角度分析浮子运动对周围流体的影响,研究浮子在单自由度垂荡、单自由度纵摇和双自由度垂荡、纵摇时的运动及能量吸收规律.结果表明:浮子在单自由度垂荡和纵摇时,其俘获宽度比随PTO阻尼系数的增大会出现最大值,即俘获宽度比存在最佳PTO阻尼;浮子双自由度运动时其俘获宽度比高于浮子单自由度运动时的俘获宽度比;浮子不同自由度的对比表明,两个自由度在浮子的能量吸收上可以相互影响.