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同时计算多个频率水动力系数值的方法

武汉大学学报（工学版） 2017年第5期50卷 678-682,687页

作者：蔡元奇邓亚环沈理姣武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中国舰船研究设计中心湖北武汉430072

采用CFD方法计算水动力系数,可以得到形状复杂浮体的水动力系数函数,但效率不高.为了提高CFD方法的计算效率,节省计算时间,提出了一个同时计算多个频率水动力系数值的方法.采用Fluent软件建立数值波浪水池,在水池中央设置一刚性浮体,通... 详细信息

采用CFD方法计算水动力系数,可以得到形状复杂浮体的水动力系数函数,但效率不高.为了提高CFD方法的计算效率,节省计算时间,提出了一个同时计算多个频率水动力系数值的方法.采用Fluent软件建立数值波浪水池,在水池中央设置一刚性浮体,通过在浮体上施加多个频率的谐波组合位移,辐射兴波引起的浮体上的水压力也具有与位移相同的频率成分.采用Fourier正弦和余弦变换将各频率成分的兴波压力分解开,从而可通过一次CFD计算,得到多个频率下的水动力系数值.最后,对一个共振式波能装置的浮体进行了水动力系数计算,算例结果表明该方法有较高的精度,可以满足工程需求.

关键词： CFD 水动力系数傅里叶正/余弦变换势流理论微幅波理论计算效率

双层直立圆弧型防波堤上绕射波浪力的解析计算

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海洋科学 2018年第8期42卷 62-70页

作者：翟振峰黄华詹杰民张敖中山大学工学院应用力学与工程系广东广州510275

基于微幅波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了双层直立圆弧型透空防波堤的波浪绕射解析解,从而将已有的比例边界有限元法拓展为解析算法,并据此对外层与内层防波堤所受波浪载荷进行了解析计算。计算结果表明:应用本文方法对直立透空... 详细信息

基于微幅波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了双层直立圆弧型透空防波堤的波浪绕射解析解,从而将已有的比例边界有限元法拓展为解析算法,并据此对外层与内层防波堤所受波浪载荷进行了解析计算。计算结果表明:应用本文方法对直立透空圆环柱的绕射波浪载荷进行验证计算,所得结果与现有的解析解完全吻合,说明方法可靠。双层堤较单层堤能更有效地减弱波浪作用。波浪的入射角度和特征参数、防波堤张角与半径、防波堤透空系数以及水深等因素的相对变化对双层堤的波浪作用均存在一定影响。

关键词：微幅波理论特征函数展开法双层圆弧型透空防波堤波浪力波浪绕射

摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆结构的有限元分析

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水资源与水工程学报 2018年第3期29卷 175-181页

作者：沈永辉王涛河北工业大学天津300130

为了研究摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆结构安全性能,根据微幅波理论与弗汝德-克雷洛夫假设,计算出摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆在一定波高条件下受到的海浪波浪力,利用Solid Works三维软件建立海浪发电装置主体结构及其摆锤杠杆模... 详细信息

为了研究摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆结构安全性能,根据微幅波理论与弗汝德-克雷洛夫假设,计算出摆锤杠杆式海浪发电装置摆锤杠杆在一定波高条件下受到的海浪波浪力,利用Solid Works三维软件建立海浪发电装置主体结构及其摆锤杠杆模型,对摆锤杠杆结构进行静力学分析,把固定结构及整个发电装置结构三维模型分别导入到ANSYS worksbench中进行模态分析,求解出其在海浪冲击作用力下的位移及应力响应。结果表明:摆锤杠杆在一定波高的作用下,应力响应与位移响应均在振型处达到最大值,但处于所规定的安全范围之内,能够满足发电要求。

关键词：海浪发电 ANSYS模态分析动力学微幅波理论 Solid Works建模摆锤杠杆结构

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推摇组合式造波机参数研究与结构设计

实验室研究与探索 2019年第5期38卷 90-93,120页

作者：张楠尹阔董志奎姜文通梅林燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

针对秦皇岛近海海域7、8月份海浪浪高特点以及实验需要,结合平推式造波机和摇摆式造波机的性能特点,提出一种推摇组合式造波机新方案。以微幅波理论为基础,对平推造波和摇摆造波两种工作模式的主要设计及工作性能参数进行理论分析与推导... 详细信息

针对秦皇岛近海海域7、8月份海浪浪高特点以及实验需要,结合平推式造波机和摇摆式造波机的性能特点,提出一种推摇组合式造波机新方案。以微幅波理论为基础,对平推造波和摇摆造波两种工作模式的主要设计及工作性能参数进行理论分析与推导,并利用MATLAB 2016 M语言建立推导结果的数学模型,计算得到平推造波和摇摆造波两种工作模式的主要设计及工作性能参数。确定了推摇组合式造波机的设计方案,根据受力分析和仿真计算结果,验证了此方案的可行性。

关键词：海浪浪高造波机微幅波理论推摇组合式

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新型海浪发电装置的设计与研究

新型海浪发电装置的设计与研究

作者：王志波上海交通大学

学位级别：硕士

由于世界能源危机，世界各个国家开始将研究转向新能源，而海洋能源是世界上最丰富的资源之一，与之相应的利用海洋能源的各种发电装置也不断出现。本文针对国内外海浪发电装置的发展现状，设计出一种新型海浪发电装置，能从多个方向采... 详细信息

由于世界能源危机，世界各个国家开始将研究转向新能源，而海洋能源是世界上最丰富的资源之一，与之相应的利用海洋能源的各种发电装置也不断出现。本文针对国内外海浪发电装置的发展现状，设计出一种新型海浪发电装置，能从多个方向采集波浪能量，提高了发电功率和效率。本文对新型海浪发电装置进行了全面的分析和研究。首先介绍了现有国内外海浪发电装置的发展现状，国内外各种现有的海浪发电装置的结构和工作原理，分析了存在的海浪发电装置结构存在的缺点与不足，在此基础上，提出了一种新型海浪发电装置。针对新型海浪发电装置的功能要求，基于GF集理论，设计出6-UPS型并联机构。利用微幅波理论对四种壳体形状的浮体进行了仿真分析，确定了海浪发电装置最佳浮体形状是圆柱体，并分析了圆柱体状浮体在各种波高和波频率下浮体的摆动响应。然后对新型海浪发电装置进行了运动学分析，并对各铰链的工作空间进行了仿真模拟。研究了海浪发电装置在定参数下的发电功率和效率，分析了海浪发电装置运动精度的模糊可靠性。应用拉格朗日方程，建立了海浪发电装置的动力学方程，并推导了整个装置的动力学方程，利用ADAMS进行动力学建模，对铰链连接点的受力情况进行了仿真。最后基于有限元法，对新型海浪发电装的关键零件和整体海浪发电装置进行了模态分析，得出了各阶模态和振型。

关键词：海浪发电装置构型设计微幅波理论模糊可靠性运动学动力学模态分析

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仿海螺式海浪发电装置运动学与动力学研究

仿海螺式海浪发电装置运动学与动力学研究

作者：霍新朝河北工业大学

学位级别：硕士

当前世界经济发展迅速,但经济快速发展的同时带来大量环境污染,并且传统能源损耗殆尽,所以必须开发新能源来代替传统能源,这样既可以减小环境污染,又可以减少矿产资源的开发利用。而且海洋中蕴藏着丰富的能源,所以开发和利用海洋能源对... 详细信息

当前世界经济发展迅速,但经济快速发展的同时带来大量环境污染,并且传统能源损耗殆尽,所以必须开发新能源来代替传统能源,这样既可以减小环境污染,又可以减少矿产资源的开发利用。而且海洋中蕴藏着丰富的能源,所以开发和利用海洋能源对实现能源的可持续发展具有深远意义。基于以上环境,本文提出一种仿海螺式海浪发电装置,该发电装置巧妙的利用海螺的壳体形状设计出发电结构,并且该装置还利用共振系统来提高波浪转换效率。首先,介绍了国内外海浪发电装置的研究情况,并按照结构特点对目前研制成功的海浪发电装置进行分类,然后详细介绍了微幅波理论以及弗汝德—克雷洛夫假定法并以此为基础来计算浮体所受到的波浪力。通过比较水平圆柱型浮体、垂直圆柱型浮体和球型浮体三种不同形状浮体所受波浪力和能量吸收率,确定出垂直圆柱体和球型浮体的结合体作为浮体形状,并按照优化后结合体的形状计算出浮体在受波浪力之后的位移变化情况。其次,利用Solidworks对仿海螺式海浪装置进行三维实体建模,重点介绍了仿海螺式海浪发电装置的工作原理以及仿海螺结构的特点,并在此基础上介绍了仿海螺式海浪发电装置的关键零部件以及液压油路的设计过程,最后对发电机类型的选取以及结构尺寸进行详细的分析与计算。然后,以拉格朗日运动方程为理论依据,建立系统的广义坐标,利用广义坐标求得系统的动力学和运动学方程,然后利用ADAMS对液压系统的运动部件进行运动学和动力学仿真,利用ANSYS对发电装置的浮体进行力学仿真,通过仿真结果和理论计算来分析结构的运动规律。最后,对海浪发电装置进行振动分析,根据机械振动理论建立振动系统等效模型,并得到振动系统的主振型,然后通过计算得到振动系统系统稳态解、弹簧刚度系数、阻尼系数等。并利用MATLAB对振动系统进行仿真,最终得到系统的幅频响应特性曲线,通过特性曲线能够更直观地表现出振动系统的运动规律。

关键词：波浪发电结构设计微幅波理论动力学分析仿真分析

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海浪发电的仿胶囊式结构研究与分析

海浪发电的仿胶囊式结构研究与分析

作者：丁博河北工业大学

学位级别：硕士

近年来世界能源结构不合理日益显现,尤其是工业快速的发展相对应能源迅速消耗所带来的能源储备和环境污染的问题,能源结构的成功改革成为日后可持续发展的关键。再者,我国建设海上丝绸之路和海洋命运共同体的提出,海上活动日益频繁,海... 详细信息

近年来世界能源结构不合理日益显现,尤其是工业快速的发展相对应能源迅速消耗所带来的能源储备和环境污染的问题,能源结构的成功改革成为日后可持续发展的关键。再者,我国建设海上丝绸之路和海洋命运共同体的提出,海上活动日益频繁,海洋资源开发的重视也随之日益增加。本课题基于我国近海海域的波浪能资源现实,研究分析了一种适用于我国近海海域的海浪发电系统,此系统具备少自由度的特点,且利用共振原理,将海浪的几个方向的波浪能高效率的转换发电。首先,介绍了目前国内外海浪能的资源分布和国内外波浪发电系统技术的发展。在此基础上介绍了目前的最为广泛使用典型波浪理论研究和应用,讲述了微幅波理论的基础方程与公式,结合弗洛德—克雷洛夫(Froude-Krylov)假定法,计算了转换效率较高的圆柱体式浮子波浪力,得到了浮子吃水深度、垂直位移和所受波浪力的仿真结果。与此同时,基于三维势流理论对浮子进行水动力分析,进一步验证了浮子结构设计在不同波浪载荷工况下的合理性。其次,结合Solid Works软件绘制的系统三维模型介绍了海浪发电系统的结构特点,海浪发电系统主要包括振动系统、气动系统和电气系统,并分析了该海浪发电系统工作原理;振动系统为本文的主要研究对象,利用共振原理提高海浪发电的目的,振动系统的运动执行机构采用两个并联结构串联的混联机构。然后,结合对振动系统建立的振动模型,对其进行振动分析,得到了其数学模型和共振系统的稳态解,结合该海浪发电系统的相关数据,求出了振动系统的幅频响应关系,确定系统阻尼系数和弹簧的弹性系数,并利用ANSYS Workbench软件对浮子进行了有限元分析,得到其二阶模态和振型,验证了结构设计的合理性;对海浪发电系统的运动执行机构进行了机构的运动学分析,得到了机构的正反解,进而利用MATLAB软件对机构运动的速度、加速度和机构的运动空间进行了仿真分析;同时,还利用ADAMS得到了各个支链的运动角度变化。最后,对海浪发电系统进行了机构的动力学分析,通过对机构的动力学方程求解,得到了动平台和直线永磁发电机的动能和势能,进一步利用ADAMS动力学软件得到振动系统运动执行机构中铰链所承受力的变化曲线,以及执行机构中的各个铰链所承受的力呈周期变化,并验证了其都在铰链合理的承受范围内,具有一定的工程应用价值。

关键词：海浪发电系统微幅波理论运动学动力学仿真分析

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海浪发电的仿键盘式共振结构研究

海浪发电的仿键盘式共振结构研究

作者：张泽荣河北工业大学

学位级别：硕士

在经济发展迅速、科技日新月异的社会环境下,单纯的依靠传统的、不可再生的能源发电已经不能满足人们的需求,对于新能源的开发与利用迫在眉睫。海洋能作为一种新能源,不但可再生而且蕴含丰富,所以海洋能的研究开发对于缓解能源短缺、维... 详细信息

在经济发展迅速、科技日新月异的社会环境下,单纯的依靠传统的、不可再生的能源发电已经不能满足人们的需求,对于新能源的开发与利用迫在眉睫。海洋能作为一种新能源,不但可再生而且蕴含丰富,所以海洋能的研究开发对于缓解能源短缺、维护社会的可持续发展意义深远。本文综合考虑海浪发电装置的研究现状并结合我国的海域情况,设计键盘式共振结构海浪发电机,本发电装置主要依据共振原理,提高海浪发电机吸收波浪能效率,从而提高海浪发电装置的发电量。首先本文介绍了国外和国内目前在海浪发电领域的发展状况,列举出了各个国家比较成熟的海浪发电装置,并且对海浪发电机的原理进行阐述,进而将各个种类的海浪发电装置进行分析总结,对各个种类的海浪发电机的优点和缺点进行归纳。之后在此基础上提出了一种键盘式共振结构的新式海浪发电机,这种新式海浪发电机能够利用共振结构来提高波浪能到电能的转换。其次利用Solidworks软件进行三维实体建模,对发电装置的整体结构进行设计,设计振动结构来提高吸收波浪能的效率,共振结构能减缓波浪的冲击,提高发电装置的可靠性。在此基础上通过线性微幅波理论与弗汝德-克雷洛夫假定法对常见的形状的浮子进行波浪力进行计算,利用MATLAB软件进行计算分析,绘制波浪力的图像,从而选择合适的浮子形状来提高波浪能的吸收。然后对工作状态的浮子进行受力分析,通过ANSYS Workbench软件对浮子和海底底座进行有限元仿真,绘制变形图和等效应力图,验证浮子和海底底座的工作情况的可靠性。最后对振动系统进行分析计算,求解共振系统的固有频率和主振型,进而通过振型叠加法计算出振动系统的稳态解,同时计算出弹簧刚度系数k以及系统的阻尼系数ζ,利用MATLAB软件对振动系统进行仿真,得到振动系统的运动规律。

关键词：波浪发电微幅波理论 ANSYS Workbench仿真 ADAMS仿真

振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析

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振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析

作者：王淑婧中国海洋大学

学位级别：硕士

波浪能是海洋能中品质比较高的一种能源，对其进行研究、开发和利用对实现能源的可持续发展、满足人类对能源的需求具有十分重要的战略意义。本文首先分析了国内外波浪能发电技术的研究现状，并对一些常见的波浪能发电装置进行了总结，... 详细信息

波浪能是海洋能中品质比较高的一种能源，对其进行研究、开发和利用对实现能源的可持续发展、满足人类对能源的需求具有十分重要的战略意义。本文首先分析了国内外波浪能发电技术的研究现状，并对一些常见的波浪能发电装置进行了总结，对其工作原理及优缺点进行了对比分析，在此基础上，根据我国的实际海况，设计了一种基于海洋平台的振荡浮子式波浪能发电装置，该装置的大部分零部件均处于密封的海洋平台上，可以有效地避免零部件被海水腐蚀。另外，装置采用双面齿条作为传动机构，可以较大限度地提高对波浪能的利用率。（1）设计了一种振荡浮子式波浪能发电装置，并对其工作原理进行了分析。结构设计包括传动部件设计，海洋立柱设计以及工作平台设计，装置的大部分零部件均处在密封的海洋平台中，可以较好的避免被海水腐蚀。（2）根据微幅波理论的相关知识，建立了波浪中水质点运动的数学模型，根据所建的数学模型对水质点的速度和加速度的运动规律进行了研究，并求出了水质点的运动轨迹方程，同时，也对波浪的压强和波能的数学表达式进行了推导分析。（3）对垂直圆柱形浮体在波浪中的受力进行了分析，建立了浮体运动的微分方程，并采用量纲分析方法推导出了浮体的附加质量、辐射阻尼系数以及粘滞阻尼系数的数学表达式，用Matlab对不同尺寸浮体的运动微分方程进行了求解，根据求解结果对浮体结构进行了优化。（4）利用弗汝德-克雷洛夫假定法分析了垂直圆柱形浮体所受的垂直波浪力，确定了浮体的半径、吃水深度等基本几何参数，计算了浮体的能量吸收率，并建立了发电机输出功率的数学模型，对发电机的输出功率进行了计算分析。（5）通过动力学分析软件ADAMS对发电装置的传动部件进行了动态仿真分析，验证了理论分析的正确性，为物理样机的建立奠定了基础。

关键词：波浪能振荡浮子微幅波理论垂直波浪力功率