兼具波浪能提取功能的浮式防波堤性能研究

【摘要】：随着全球能源消费的迅速增长,能源安全和能源环境问题越来越受到关注。各国科学家都在努力研究,开发和利用新能源。海洋能以其独特的魅力吸引了无数研究者的目光。海洋能不仅储量大,而且种类繁多。其中海洋波浪能无处不在,而且受时间限制相对较小,同时波浪能的能流密度较大,可以通过较小的装置俘获较大的能量。因此,各国科学家提出了很多种不同的波浪能吸收装置,却未商业化,这是急需解决的问题。传统的振荡浮子式波浪能装置需要专门在海上为该装置建立支撑或者底座系统,这大大增加了投资的成本,限制了波浪能装置的规模化和商业化。一种方式是通过建立多功能海上结构物,利用已有的海上浮体或者其他海上结构充当波浪能转换装置的支撑系统,如海上浮式防波堤。当一个波列通过波浪能装置时,由于一部分波浪能量被波浪能装置提取,从而使通过装置后的波高下降。因此波浪能装置的作用与防波堤有一些类似,防波堤简单的把波浪反射回海里,而波能装置则提取一部分波浪能量并把它转化成电能。因此,将浮式防波堤和波浪能转换装的功能结合是一个切实可行的选择。基于此,本文提出一种具有波浪能转换功能的浮式防波堤结构,并对该结构的水动力特性进行研究。本文利用有限元方法和VOF技术建立了二维粘性数值波浪水槽,对兼具波浪能转换功能的圆柱形浮式防波堤进行研究。主要研究浮式防波堤在波浪作用下的运动响应,探究浮体断面尺寸、阻尼系数等参数对单个圆柱形浮式防波堤的消浪性能和波浪能提取效率的影响。考虑到单个圆柱形浮式防波堤的消浪作用有限,本文建立了双圆柱形浮子的数值模型,对双圆柱形浮子在波浪作用下的运动响应进行了研究。同时利用物理模型试验,分析波高和波浪周期等参数对浮式防波堤性能的影响。 【关键词】：波浪能提取装置 浮式防波堤 数值波浪水槽 物理模型试验 波浪透射系数 波浪能提取效率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U656.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-23
• 1.1 选题背景及研究意义7-9
• 1.2 振荡浮子式波浪能装置国内外研究现状9-20
• 1.2.1 国外研究现状11-17
• 1.2.2 国内研究现状17-19
• 1.2.3 波浪能利用技术的发展趋势19-20
• 1.3 浮式防波堤研究现状20-21
• 1.4 本文研究内容21-23
• 2 振荡浮子式波浪能发电装置23-27
• 2.1 波浪发电原理23-24
• 2.2 波浪能发电装置的组成24
• 2.3 波浪能垂荡数学运动模型24-26
• 2.3.1 基本假设24-25
• 2.3.2 运动方程的建立25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 单个浮子物理模型布置及试验结果分析27-41
• 3.1 物理模型布置27-28
• 3.2 试验波浪工况28-29
• 3.3 试验过程29-30
• 3.4 物理模型试验结果与分析30-40
• 3.4.1 浮子垂荡位移30-33
• 3.4.2 浮子垂荡速度33-35
• 3.4.3 波浪透射系数35-38
• 3.4.4 波浪能提取效率38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 数值模型介绍及数值结果与分析41-73
• 4.1 数值模型基本原理41-44
• 4.1.1 VOF方法及基本原理41-42
• 4.1.2 三步有限元原理42-44
• 4.2 数值模型布置44-47
• 4.2.1 单个浮子的模型布置和网格划分45-46
• 4.2.2 双浮子数值模型布置和网格划分46-47
• 4.3 单个浮子数值计算结果及分析47-61
• 4.3.1 单个浮子的垂荡位移47-52
• 4.3.2 单个浮子的垂荡速度52-58
• 4.3.3 单个浮子的波浪透射系数58-60
• 4.3.4 单个浮子的波浪能提取效率60-61
• 4.4 双浮子数值结果及其分析61-72
• 4.4.1 双浮子的垂荡位移61-64
• 4.4.2 双浮子的垂荡速度64-69
• 4.4.3 双浮子的透射系数69-70
• 4.4.4 双浮子的波浪能提取系数70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

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