摆式波浪能转换装置水动力学模拟与实验

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:t6293003
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随着人们生活水平的不断提高,对能源的需求量也逐渐增加。传统能源如石油、煤炭等都是属于不可再生资源,而且其存在的总量是一定的,随着人们的使用也在逐渐减少。因此,对新能源的开发与利用已经成为人类面临的一个非常紧迫的问题。海洋面积占地球面积的比例超过了70%,海洋中不仅蕴藏着巨大的传统能源,更具有数量巨大的可再生能源,如盐差能、温差能、波浪能、潮汐能等。其中波浪能作为一种清洁、无污染并且可以再生的新能源,如果能够有效开发并且将其供人类生产生活使用,将会在很大程度上减少对于传统能源的消耗。而目前存在各种各样的波浪能转换装置,不同的装置适用的场合也不尽相同。但不同的装置都面临防腐的问题,海水腐蚀性较大,防腐问题严重影响波浪能转换装置的使用寿命。首先,针对波浪能转换装置的防腐问题,本文提出一种摆式波浪能转换装置。装置是整体密封,外壳可以采用抗腐蚀的材料制作,各种活动零部件均密封在外壳当中,不会受到海水的腐蚀。通过线性波理论分析波浪的运动规律,分析波浪水质点的运动轨迹为椭圆,而不会向波浪前进方向移动,从而使得浮体漂浮于波面之上随波摆动。摆式波浪能转换装置可以将浮体摆动获得的能量转换为电能。其次,搭建室内小型造波水槽实验台,通过实验模拟波浪的运动;采用光滑粒子动力学(SPH)方法,建立波浪与浮体相互作用数值计算模型,将仿真结果与实验结果相对比,验证了SPH模型的正确性。为比较不同形状浮体模型的波浪能转换的能力,利用所建立的SPH模型模拟不同的浮体模型在波浪中的运动,分析浮体的形状、尺寸、密度等参数对浮体在波浪中运动规律的影响,确定较为优化的浮体形状为扁平型。由于浮体上表面并不与海水直接相互作用,将扁平型改进为船舶型,再分析浮体长度的影响。最后,为了测试所设计的摆式波浪能转换装置的发电可行性,制作了小功率的模型样机,通过实验来测试装置能够将波浪能转换为电能。针对实验中产生的问题,提出了进一步改进的方案。
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