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振荡水柱驱动压电发电理论建模分析

太阳能学报 2019年第5期40卷 1198-1206页

作者：杜小振张燕文傲朱文斗于红山东科技大学机械电子工程学院青岛266590 中国石油大学(华东)理学院青岛266580

振荡水柱(OWC)驱动压电发电装置采用振荡水柱波浪能转换装置与复合圆形压电陶瓷片结合,主要由箱体、振荡水柱、压缩空气柱和复合圆形压电陶瓷片组成。首先基于线性波理论,采用三维Green函数法建立气室内水气动力学性能的空气压强理论计... 详细信息

振荡水柱(OWC)驱动压电发电装置采用振荡水柱波浪能转换装置与复合圆形压电陶瓷片结合,主要由箱体、振荡水柱、压缩空气柱和复合圆形压电陶瓷片组成。首先基于线性波理论,采用三维Green函数法建立气室内水气动力学性能的空气压强理论计算模型,利用多维切比雪夫多项式求解气室内压强;其次根据压电陶瓷发电理论,结合材料力学的基础理论,建立圆形压电振子受压强作用的数学模型,进行受力分析和变形分析,得到复合压电振子的能量输出。振荡水柱驱动压电发电理论建模,实现数值模拟波浪能向电能的转换,为海面无线传感网络节点、小功率设备等持续供电装置的设计提供理论依据。

关键词：波浪能振荡水柱压电发电微电源气室压强

振荡水柱装置波浪水槽试验中用于模拟非线性能量俘获系统的孔口特性(英文)

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2017年第5期18卷 329-345页

作者： Fang HE Zhenhua HUANG Ocean College Zhejiang University Hangzhou 310058 China Department of Ocean and Resources Engineering School of Ocean and Earth Science and Technology University of Hawaii at Manoa Honolulu Hawaii 96822 USA

目的:在振荡水柱装置研究中,通常通过不同的孔口几何特征来改变能量俘获系统的特性,但其具体流动特性却鲜有报道。本文探讨孔口几何特征(形状、尺寸和开孔率等)对流动特性的影响机制,理解影响能量俘获系统特性的关键因素,研究其对振荡... 详细信息

目的:在振荡水柱装置研究中,通常通过不同的孔口几何特征来改变能量俘获系统的特性,但其具体流动特性却鲜有报道。本文探讨孔口几何特征(形状、尺寸和开孔率等)对流动特性的影响机制,理解影响能量俘获系统特性的关键因素,研究其对振荡水柱装置水动力特性和波能提取的影响规律,并评估波能提取性能指标的有效性。创新点:1.提出了两点测量法来重构振荡水柱腔室内液面;2.建立了孔口流动特性与孔口几何特征的关系式;3.提出了仅测量腔室内气压即可获得波能提取功率的方法;4.该方法可扩展至非二维矩形腔室及斜向波。方法:1.采用不同尺寸狭缝孔和圆形孔来模拟非线性能量俘获系统;2.通过一系列波浪水槽试验,对振荡水柱装置的水动力特性及波能的提取展开研究;3.采用二次损耗系数和收缩系数来描述孔口往复流动特性,并构建其与孔口几何特征的关系;4.通过两点测量法获取振荡水柱腔室内的准确信息;5.评估压力波动系数和液面放大系数作为振荡水柱装置波能提取性能指标的有效性。结论:1.两点测量法能够重建二维矩形振荡水柱腔室内液面的瞬时空间分布,消除了单点法的测量偏差;2.孔口相对厚度及振荡气流对可被视为薄壁的圆形孔的影响可以忽略不计,但对不能视为薄壁的狭缝孔的影响显著;3.本文提出的二次损耗系数经验公式可用于(1)通过孔口几何尺寸设计其流动特性和(2)通过仅测量腔室内气压来计算波能提取功率;4.用作振荡水柱装置的波能提取性能指标时,压力波动系数比液面放大系数更为可靠。

关键词：波能提取振荡水柱孔口特性二次损耗系数收缩系数水动力效率

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振荡水柱波能转换器的消反射特性研究

湖南大学学报（自然科学版） 2012年第2期39卷 35-40页

作者：刘春嵘耿楠湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

基于势流理论,建立了振荡水柱(OWC)型波能转换器的二维数学模型.采用去奇异的边界积分方程法(DBIEM)模拟了完全非线性波.通过调整OWC腔室内振荡压强的幅值和相位,使OWC工作于消反射状态.研究了波能吸收效率与OWC腔室内振荡压强的幅值、... 详细信息

基于势流理论,建立了振荡水柱(OWC)型波能转换器的二维数学模型.采用去奇异的边界积分方程法(DBIEM)模拟了完全非线性波.通过调整OWC腔室内振荡压强的幅值和相位,使OWC工作于消反射状态.研究了波能吸收效率与OWC腔室内振荡压强的幅值、相位的关系.数值计算表明:消反射时,OWC的波能吸收效率比传统形式的OWC高很多.在消反射状态下,OWC腔室内振荡压强和通过透平气体流量的幅值增大且二者存在相位差,这与传统的OWC是不同的.最后提出了不同于传统形式的新型OWC波能转换器的设计思路.

关键词：波能转换器振荡水柱数值波浪水槽消反射

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振荡水柱式波浪能供电浮标水动力学性能研究

太阳能学报 2023年第3期44卷 298-303页

作者：周逸伦张亚群盛松伟王坤林中国科学院广州能源研究所广州510640 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 中国科学院大学北京100049

提出一种振荡水柱式锥形中心管波浪能供电浮标。首先,介绍浮标的结构及工作原理,其次,设计3种模型方案。建立浮标在入射波下受迫运动的数学模型,进行数值模拟计算,获得浮标在设计工况下的附加质量、阻尼系数、波浪激励力、运动响应等水... 详细信息

提出一种振荡水柱式锥形中心管波浪能供电浮标。首先,介绍浮标的结构及工作原理,其次,设计3种模型方案。建立浮标在入射波下受迫运动的数学模型,进行数值模拟计算,获得浮标在设计工况下的附加质量、阻尼系数、波浪激励力、运动响应等水动力学参数。最后,通过物理模型试验,获得各设计方案在不同周期下的俘获宽度比,并与数值计算获得的俘获宽度比进行对比分析。结果显示:不同设计方案的浮标适应不同的水深条件,设计方案中模型1的俘获宽度比最大数值为47.8%。

关键词：波浪能振荡水柱俘获宽度比数值模拟能量转换

振荡水柱波浪能发电装置机电转换及控制研究进展

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太阳能学报 2024年第10期45卷 699-709页

作者：刘艳娇黄铭冶彭爱武中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

在间歇、随机及波动的波浪作用下,振荡水柱波浪能发电装置的空气透平转速和扭矩长期随海况多级变化、短时随波浪波动,机电转换系统结合变工况控制策略是实现输出电能最大化和平稳化的关键之一。该文从振荡水柱式波能转换技术原理及特点... 详细信息

在间歇、随机及波动的波浪作用下,振荡水柱波浪能发电装置的空气透平转速和扭矩长期随海况多级变化、短时随波浪波动,机电转换系统结合变工况控制策略是实现输出电能最大化和平稳化的关键之一。该文从振荡水柱式波能转换技术原理及特点出发,重点分析机电转换环节运行工况、运行要点及拓扑结构,归纳总结不同类型控制策略,探讨机电转换及控制技术现状、存在问题,并展望未来发展趋势。

关键词：海洋能波浪能发电装置振荡水柱发电机控制

振荡水柱波浪能发电装置中负载电路对其性能的影响

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太阳能学报 2022年第9期43卷 410-415页

作者：伍儒康陈毅彭泽钦薛牧文李猛吴必军南京工程学院燕山大学-南京工程学院联合研究院南京211167 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 南京工程学院机械工程学院南京211167 中国科学院广州能源研究所广州510640

基于振荡水柱装置空气透平发电机组的结构,建立振荡水柱装置空气透平发电机组的数学模型。通过试验测试和计算机模拟,研究负载电路对振荡水柱装置发电性能的影响。结果表明,惯性系数越大,输出电流的波动性越小。通过改变转动惯量或电阻... 详细信息

基于振荡水柱装置空气透平发电机组的结构,建立振荡水柱装置空气透平发电机组的数学模型。通过试验测试和计算机模拟,研究负载电路对振荡水柱装置发电性能的影响。结果表明,惯性系数越大,输出电流的波动性越小。通过改变转动惯量或电阻可降低输出电流的波动性,从而降低输出电流对蓄电池的冲击;然而增加电阻会降低输出功率。此外,结果表明,加入合适的电感既可改善输出电流的波动性,也可提升输出功率。

关键词：波浪能转换效率计算机模拟振荡水柱负载电路波动性

一种面向控制的振荡水柱波能装置等效数值模型

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中国电机工程学报 2023年第12期43卷 4648-4656页

作者：陈政荣振威俞浩司玉林钱鹏张大海浙江大学海洋学院浙江省舟山市316021

波浪能是海洋可再生能源中储量最为丰富的一种,而振荡水柱式(oscillating water column,OWC)波浪能发电装置是目前技术成熟度最高的波浪能装置类型之一。OWC数值模拟大部分基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,主... 详细信息

波浪能是海洋可再生能源中储量最为丰富的一种,而振荡水柱式(oscillating water column,OWC)波浪能发电装置是目前技术成熟度最高的波浪能装置类型之一。OWC数值模拟大部分基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,主要用于装置的结构参数优化设计及动力学响应分析。为提高OWC的数值计算效率,便于开展发电装置的控制设计与优化,提出一种面向控制的OWC波浪能装置等效数值模型,并完成不同工况下的水池试验验证。该数值模型基于线性势流理论和Cummins方法,将振荡水柱等效为和水同密度刚体,并将动力输出装置(power take-off,PTO)和黏性效应等效为线性阻尼系数。通过对比数值模拟和水池试验结果,可以发现该模型能较好地预测规则波、不规则波与不同PTO下的OWC自由液面及功率输出等动态特性。在此基础上,完成OWC装置闭锁控制设计,并对比分析OWC的俘能效率。研究发现,该等效数值模型可有效提高计算效率,能较准确地预测OWC自由液面动态过程及功率输出。

关键词：振荡水柱数值模型线性势流理论黏性效应波能俘能效率控制策略

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中心管振荡水柱式波浪能装置外形设计性能试验

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哈尔滨工程大学学报 2024年第11期45卷 2117-2122页

作者：周逸伦张亚群李显豪盛松伟刘天骄昆明船舶设备研究试验中心云南昆明650051 中国科学院广州能源研究所广东广州510640 中国科学院可再生能源重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响,本文进行了装置外形结构设计,通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验,验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明:设计... 详细信息

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响,本文进行了装置外形结构设计,通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验,验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明:设计的模型对入射波周期变化敏感,对特定入射波高响应较优越,且在波高为65 mm,周期为1.1 s时,获得最大俘获宽度比为67.64%;模型浮筒吃水深度越大,则俘获宽度比越小,通频带越窄;锥形尾管高度值对模型的俘获宽度比和通频带宽影响较小;不同水下结构比例的模型之间俘获宽度比数值差距较小,比例为0.3时,模型的俘获宽度比通频带最宽。模型试验结果对装置的进一步优化具有理论指导意义。

关键词：波浪能振荡水柱波浪能发电装置俘获宽度比模型试验入射波周期入射波高浮筒吃水深度

孤立波作用下振荡水柱波能转换装置的越浪研究

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哈尔滨工程大学学报 2023年第9期44卷 1527-1533页

作者：牟迪王荣泉宁德志陈丽芬大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为研究海啸等浅水大波与振荡水柱波浪能转换装置(OWC-WEC)作用时的越浪现象,本文利用开源软件OpenFOAM,并采用孤立波作为输入波形进行数值模拟研究。该模型求解守恒型N-S方程,其中孤立波采用waves2Foam造波模块进行数值造波,通过对比数... 详细信息

为研究海啸等浅水大波与振荡水柱波浪能转换装置(OWC-WEC)作用时的越浪现象,本文利用开源软件OpenFOAM,并采用孤立波作为输入波形进行数值模拟研究。该模型求解守恒型N-S方程,其中孤立波采用waves2Foam造波模块进行数值造波,通过对比数值模拟结果与模型实验结果验证该数值模型的有效性。研究发现:用以往基于防波堤模型得到的经验公式不能准确预测浅水波与振荡水柱波浪能转换装置的越浪量、越浪厚度等物理量,数值模拟结果与经验公式趋势保持一致,但经验公式预测的结果明显偏大。越浪流在顶板上方主要以匀速传播,传播速度随相对波高增大而增大。发生越浪现象的同时,出现了顶板砰击现象,砰击压强随相对波高的增高而降低并且砰击点随之逐渐向后移动。本文以期为岸式或集成于防波堤的振荡水柱波浪能转换装置的设计提供参考。

关键词：海啸波浪能振荡水柱波浪能转换装置 OpenFOAM 孤立波越浪量越浪厚度砰击

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