浮体绳轮波浪能采集装置的研究

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波浪能作为一种海洋可再生能源,由于其蕴藏量大、分布面广、能流密度高日益受到人类社会的重视。浮体绳轮波浪发电技术是一种新型的点吸收波浪发电技术,由于其原理简单,具有发电可靠性好、效率高、成本低的潜在优势。本文基于浮体绳轮波浪能发电技术的工作原理,完成了浮体绳轮波浪能采集装置的结构设计、强度校核、稳性校核,并针对实海况试验中存在的效率问题进行了理论分析,为装置的进一步改进提供了依据。本文具体研究内容如下:(1)分析了不同波浪理论的特点及其适用范围,并根据试验海域实际波浪情况选择线性波作为本文的波浪理论,然后利用线性化自由水面的运动学和动力学边界条件,求解势波运动的控制方程,推导了线性波的速度势、波动压强和波动能量。(2)介绍了浮体绳轮波浪能发电技术的基本工作原理,分析浮体在波浪作用下上升过程中的受力情况,推导了浮体运动方程,建立了浮体绳轮波浪发电效率模型。(3)根据海试区域实际海况,装机容量和发电指标的要求,对波浪能采集装置的浮体进行了结构方案设计、主要尺寸参数设计并应用有限元分析软件ANSYS对浮体吊装和工作时的受力情况进行仿真,校核其强度和刚度。对装置中的关键收绳机构进行设计。并对装置进行了初稳性校核和大倾角稳性计算。(4)提出海试样机的布放方案和海试方案,对样机的可靠性和发电效率进行了测试。针对样机实海况测试中存在的小浪难以发电、大浪发电效率低的问题,对主绳缆进行了水动力学分析,分析计算结果表明:由于弹簧收绳能力弱,在海流作用下主绳缆挠度大,导致样机小浪难以发电、大浪发电效率低。
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