波浪能是一种具有重要开发和商业应用潜力的清洁能源,目前有多种波浪能发电装置用于高能流密度海域。相比之下,占全球海域近40%的低能流密度海域开发不足,具有离岸近,布置及运行成本低等优势的波浪能发电装置关键性技术研究不够,如何优化浮标的水动力性能,提升俘能功率正成为低能流密度海域波浪能发电装置需要解决的首要任务。针对低能流密度海域波浪运动特点,本文研究了一种适用于山东半岛海洋环境的新型密封浮标式波浪能发电装置。借助有限元软件ANSYS建立浮标的数值模型,运用水动力计算软件AQWA开展波浪能转换数值分析,进而进行了低能流密度下浮标的水动力性能和俘能功率研究以及结构参数的优化组合。首先,研究了频域下浮标形状、质量和直径改变对浮标水动力性能及受力的影响,计算得到时域下基于浮标形状、质量和直径的浮标纵摇时程响应,研究了俘能功率随浮标形状、质量和直径变化的规律,探讨了不同系泊角度下浮标的时程响应。其次,基于频域分析法,研究了浮标与波浪共振状态下浮标形状、质量和直径与海浪波长间的相互关系,分析了浮标参数对浮标与波浪共振状态的影响规律,获得了俘能功率与波长间的相互关系。最后,基于单因素下浮标参数与浮标水动力性能和俘能功率的关系,运用正交试验法研究了多浮标参数耦合作用对浮标俘能功率大小的影响,并以俘能功率为优化目标对浮标结构参数进行优化分析。通过上述研究,得出以下结论:(1)低能流密度下,圆柱形浮标的水动力性能和俘能功率皆优于半球形浮标;一定程度的增加质量或增大直径可提高浮标的水动力性能和俘能功率;45°角系泊波浪能发电装置可获得最大纵摇时程响应值。3~5m直径圆柱形浮标的纵摇RAO随质量(2.2~4.2t)的增加逐渐增加,俘能功率先增加后减小;圆柱形浮标的纵摇RAO随浮标直径的增加(2~5m)先增加后减小,直径4m时达到最大值。(2)相同直径下,圆柱形浮标最适用波长约为半球形浮标的0.45倍;增加质量可使浮标与波长更长的波浪形成新的共振状态;直径由2m增加至3m时,浮标与波长更长波浪形成共振状态,直径由3m增加至5m时,除4.2t,4m直径浮标外,浮标与波长更短的波浪形成共振状态;4~5m直径浮标取得最大俘能功率时的波长范围约为7~14m。(3)质量为2.2~4.2t,直径为2~5m的圆柱形浮标,通过正交试验优选出的最佳浮标结构参数组合为:质量为4.2t、浮标直径为4m的密封浮标式波浪能发电装置在波长为14m左右的低能流密度海域可实现最大波浪能俘获。该组合方案广泛适用于渤海海峡及黄海大部分海域。