海洋能是分布最广的一种可再生能源,波浪能是其最常见的可利用的能量形式。目前应用最为广泛的波能转换装置为振荡水柱(OWC)波能转换器,研究振荡水柱波能转换装置的气室结构及发电形式对提高波浪能的转换效率具有重要意义。本文将振荡水柱气室与压电片结合建立一种新型振荡水柱波能转换装置,对振荡水柱气室水槽的波能收集和圆形结构压电片发电规律分别进行研究。采用线性波浪理论结合计算流体动力学分析(CFD)模拟造波消波,利用ICEM CFD软件实现结构化网格与非结构网格结合划分气室水槽模型,借助FLUENT软件的VOF模型及分相流体模拟技术追踪检测气室水槽水动力特性,整合阐明振荡水柱气室水槽波能产生收集过程及方法;从压电本构方程入手根据压电片约束情况结合四类压电方程选择压电边界条件方程,应用APDL自定义指令功能编写建模及划分网格指令,选择压电材料模型进行压电耦合仿真,在边缘固定的圆形压电片中心和底面分别施加集中力和变载压力研究压电片发电特性;在三维仿真下通过结合振荡水柱气室和圆形压电片设计一种基于压电效应的振荡水柱波能发电装置,应用FLUENT和APDL分别对气室底部引浪结构和压电片结构进行优化仿真得到最优结构模型,拟合收集波浪能转换的气室压强,将其施加在圆形压电片底部表面进行压电耦合,得到结构优化后的压电气室水槽模型的发电量探讨其发电规律。结果表明:振荡水柱气室由于前期受到来自壁面的波浪反射波的影响较小更容易得到共振,其转换效率更高;气室内气压随波浪起伏上下波动,整体呈正弦分布;压电片中心点受力较底面受力能够产生更高的电压和变形,变形和产生电压量成正比;底面引浪结构为圆形的OWC气室具有更好的水动力性能和波能转换效率;中心开孔为0.01m厚度为0.0001m的压电片产生的变形量和电压量优于其他尺寸参数的压电片;基于压电效应的气室水槽发电装置具有更高效率的波能转换,其产生变形随着气室气压呈正弦变化,产生电压随变形量变化程正弦变化且电压方向与变形量相反。