振荡浮子液压式波浪能利用装置的研究

【摘要】：为解决能源供应在社会发展中的瓶颈问题和缓解环境压力,世界各国都在寻找新的可再生能源来替代。素有“蓝色油田”之称的海洋能源,因其巨大的能量贮量、纯绿色无污染等清洁可再生特性,已日益引起人类的重视。 波浪能作为蕴藏量最为丰富的海洋能源之一,已成为海洋能利用研究中近期研究得最多的海洋能源。各种波能利用装置层出不穷,振荡浮子式波浪能发电装置就是新近发展起来的一种高效可靠的波能利用装置,如何提高该装置的能量转换效率以及海上生存能力对实现利用波能发电代替部分常规能源尤为重要。本文针对振荡浮子式波能发电装置中的第一级能量转换系统进行设计,创新性提出一种利用阵列式振荡浮子系统来吸收波浪能,并从以下几个方面展开工作： (1)设计出一种以振荡浮子系统作为波能发电装置的第一级能量转换机构,简要介绍该波浪能发电装置的组成及其工作原理,提出振荡浮子系统中所要研究的关键问题。 (2)利用海洋波浪理论及水动力学理论,对波浪的运动特性及振荡浮子的运动特性进行分析,推导出该设计装置中振荡浮子系统的能量转换数学模型,包括浮子的能量吸收率及浮子从海浪中吸收的平均功率、整个浮子系统的能量转换效率及平均的输出功率。 (3)利用Matlab软件编程及Excel计算工具进行数值仿真计算,对影响振荡浮子系统能量转换的参数进行优化分析；利用分析后的优化参数,对浮子系统的能量转换进行计算；同时对浮子系统的海上生存能力进行必要的性能优化设计。 (4)根据项目进度,简要介绍项目组正在进行的振荡浮子液压式波浪能发电试验平台的设计方案及试验研究方案,利用试验研究与理论研究进行相互验证,对振荡浮子系统进行优化设计。 【关键词】：波浪能 振荡浮子 一级能量转换 结构设计 参数分析
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P743.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 波浪发电原理与技术10-15
• 1.2.1 波浪能概述10-11
• 1.2.2 波浪能转换原理11-12
• 1.2.3 波能发电技术12-15
• 1.3 波浪能发电的应用状况及发展趋势15-17
• 1.3.1 国外波浪能的利用概况15-16
• 1.3.2 我国波浪能的研究进展16-17
• 1.3.3 波浪能利用的发展趋势17
• 1.4 本课题的研究内容17-18
• 第2章 振荡浮子式波能利用装置的组成及工作原理18-26
• 2.1 海上振荡浮子式波能装置的组成18-23
• 2.1.1 基于振荡浮子系统的一级能量转换20-21
• 2.1.2 基于液压转化系统的二级能量转换21-22
• 2.1.3 基于直驱发电系统的三级能量转换22-23
• 2.2 振荡浮子式波能装置的工作原理23-25
• 2.2.1 发电装置的运动形式与能量转化23-24
• 2.2.2 振荡浮子波能装置的关键技术24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 振荡浮子系统的运动特性及能量转换数学模型26-43
• 3.1 波浪的运动特性26-30
• 3.1.1 微幅波理论26-28
• 3.1.2 波浪的运动及能量特性28-30
• 3.2 振荡浮子的运动特性30-37
• 3.2.1 振荡浮子波能转换器的力学模型30-31
• 3.2.2 振荡运动方程的求解31-34
• 3.2.3 振荡特性的分析34-37
• 3.3 振荡浮子系统能量吸收率的数学模型37-38
• 3.3.1 垂直圆柱体浮子的振荡位移37
• 3.3.2 浮子能量吸收率的计算37-38
• 3.4 振荡浮子系统功率输出的数学模型38-42
• 3.4.1 浮子臂的结构设计及受力分析38-41
• 3.4.2 系统功率输出的计算41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 振荡浮子系统的参数分析及性能优化43-56
• 4.1 影响振荡浮子系统能量转换的参数分析43-49
• 4.1.1 波浪周期T的影响43-45
• 4.1.2 波高H的影响45-46
• 4.1.3 水深h的影响46-47
• 4.1.4 初始浸水深度d(0)的影响47-49
• 4.2 振荡浮子系统能量转换的性能计算49-53
• 4.2.1 能量吸收率的计算49-50
• 4.2.2 系统功率输出的计算50-53
• 4.3 振荡浮子系统的安全可靠性能分析53-55
• 4.3.1 防台风装置53-54
• 4.3.2 潮差适应性分析54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 振荡浮子波能装置试验平台及试验方案的设计56-65
• 5.1 振荡浮子波能装置试验平台的结构设计56-62
• 5.1.1 波浪水槽的结构设计58
• 5.1.2 电动伺服造波机58-61
• 5.1.3 振荡浮子的试验模型61-62
• 5.2 振荡浮子系统试验方案的设计62-64
• 5.2.1 浮子特征参数的试验研究63
• 5.2.2 波浪因素的试验研究63-64
• 5.2.3 阵列浮子布置方式的试验研究64
• 5.3 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

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