波浪发电装置波能转换效率数值模拟研究

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海洋波浪能的研究在过去几十年的时间里取得了显著的进步,世界各国对其进行了大量的研究,研制出多种波能转换装置,有些已经商业化生产。本文研究的摆式波能发电装置是利用一个水室聚波形成立波,悬挂其内的摆板做吸能载体随波浪运动而前后摆动,摆板的摆动带动液压泵,驱使发电机发电。这种装置的主要优点是:结构简单、效率较高、安全性好。在国内已经建有该形式的发电装置。本文利用大型有限元计算软件ADINA,对摆式波能发电装置进行了流固耦合数值模拟分析,为其设计提供参考依据。主要从以下几个方面展开工作:首先,在不规则波浪水槽中进行摆式波能发电装置的物理模型试验研究,变化不同的波况条件和负载,观察摆板的转动,并测得计算输出功率和波能转换效率所需的试验数据。其次,在ADINA中构建二维数值波浪水槽。在此基础上,考虑波浪推动摆板运动,反过来摆板运动又会对波浪的运动形式产生影响,两者的相互作用机理比较复杂,因此,利用ADINA的流固耦合计算功能,建立摆式波能发电装置的数值模型,并利用物理模型试验数据对其进行验证。计算结果与物理模型试验吻合较好,可以到达计算所需精度。最后,基于ALE理论,对摆式波能发电装置的流固耦合系统进行非线性数值模拟计算,依次改变波况条件和发电装置结构形式的各个参数,观察其对输出功率和波能转换效率的影响,当结构形式与波浪条件满足:摆板距后墙壁的距离为四分之一入射波长、摆板摆动频率与波频接近、负载系数与波浪阻尼系数接近一定比值时,波能发电装置有较高的输出功率和转换效率,此规律可为结构的优化设计提供参考依据。
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