一种球形摆式波浪发电装置的研究

作     者：陈韦 

作者单位：集美大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余顺年;胥斌

授予年度：2014年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：波浪发电装置 球形浮体 模拟仿真 AQWA 优化 

摘      要：能源是人类生存和发展的不可缺少的三大物质基础之一。工业革命以来，人类社会的不断进步，而能源的消耗剧增、生态环境受到严重的破坏。为了解决能源短缺及生态环境恶化问题，世界各国都陆续探索研究无污染、储量大、分布广的波浪能，开发出各种波浪能发电装置。 论文阐述了国内外波浪发电装置的研究现状，并分析了各种波浪发电装置的工作原理与特点。依据波浪能转换原理提出了一种新型的球形摆式波浪发电装置，分析了该装置的发电原理，并通过AQWA对波浪发电装置进行模拟仿真与优化。本文的主要内容： （1）基于微幅波理论与入射波的势函数基础上，求出水质点的速度、加速度以及运动轨迹等;并介绍AQWA水动力学软件的一些理论知识，浮体响应频域运动方程与时域运动方程。 （2）根据波浪转换原理提出了一种新型的球形摆式波浪发电装置，并介绍了其工作原理与优点。基于福建周边海域的波浪资源分布，按照弗汝德－克雷洛夫假定法理论对该装置进行了水平方向的波浪力分析。 （3）采用AQWA水动力学软件对球形摆式波能发电装置进行模拟仿真。在同一海况下模拟计算，得出球形浮体的运动规律，表明了该装置工作的可行性与周期性;并得出了浮体RAO值和水动力参数等。并将发电装置在不同的波况下数值模拟，探究球形浮体摆角与波浪参数的关系;通过模拟仿真知波浪波高是影响波形图振幅的主要因素，波高越大，球形浮体的摆角范围越大;周期是影响球形浮体响应快慢的因素，周期越小，响应越快，摆角的范围越大;波向是影响球形浮体是否能稳定摆动（做功）的主要因素，平均波向与该发电装置的任意中线成0角是系统的最佳运行角度。 （4）在波浪参数一样的情况下，对球形浮体之间的距离、吃水深度与浮体半径进行了优化。发现球形浮体之间的距离、浮体的大小是浮体之间相互作用强弱的主要因素;吃水深度主要是装置的球形浮体摆角是否稳定，实现稳定发电的主要因素;辐射阻尼和附加质量随着排水体积的增大而增大。该装置在浮体之间的距离为6m、吃水深度为0.9m，半径为2m，球形浮体的整体摆动效果好，能捕获更多的波浪能。 （5）论文研究球形摆式波浪发电装置的设计、模拟仿真与优化为物理样机的制作及实际应用提供理论依据。