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工程力学 2023年

作者：张翔宇宁德志 Mayon Robert 王荣泉大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

开发和利用可再生能源是解决能源危机的重要途径。波浪能作为一种可再生能源引起了世界各国的关注，其中，振荡水柱（OWC）式波能装置是一种应用最广泛的波浪能转换技术。关于OWC的研究多集中于如何提高能量转换效率，但是由于海况的复... 详细信息

开发和利用可再生能源是解决能源危机的重要途径。波浪能作为一种可再生能源引起了世界各国的关注，其中，振荡水柱（OWC）式波能装置是一种应用最广泛的波浪能转换技术。关于OWC的研究多集中于如何提高能量转换效率，但是由于海况的复杂性，装置面临很大的生存压力，提高装置的生存能力变得愈加重要。透空式防波堤形式已经有很多应用，它对高频短波消浪效果很好，对低频长波则较差，而振荡水柱波能装置对长波吸波能力较强。本研究将透空式防波堤和OWC装置有效结合起来，基于线性势流理论，运用分离变量法和特征函数匹配法建立了解析模型，首先研究了单独透空式防波堤形式下，不同开孔率对反射系数的影响；之后研究了集成系统下透空结构与OWC装置距离对反射系数、水动力效率等的影响，并与单独透空式防波堤和单独OWC装置对比，说明集成装置消浪的优越性。

关键词：振荡水柱防波堤透空结构水动力效率反射系数

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波浪能装置-防波堤集成系统水动力特性研究

波浪能装置-防波堤集成系统水动力特性研究

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作者：郭宝明大连理工大学

学位级别：硕士

将波能装置集成于防波堤实现建造成本和建设空间的共享,有助于改善波能装置俘获波能的能力,是目前解决波能装置建设和安装高昂成本的有效措施。鉴于此,本文就振荡浮子式波能装置-浮式防波堤及振荡水柱式-直立防波堤两种集成系统分别进... 详细信息

将波能装置集成于防波堤实现建造成本和建设空间的共享,有助于改善波能装置俘获波能的能力,是目前解决波能装置建设和安装高昂成本的有效措施。鉴于此,本文就振荡浮子式波能装置-浮式防波堤及振荡水柱式-直立防波堤两种集成系统分别进行了深入的解析研究。基于势流理论,假设流体是无粘、均匀和不可压缩的理想流体,忽略地形影响,采用分离变量法和特征函数展开法研究线性波浪与结构物相互作用的问题,从研究较为简单的迎浪侧浮体作单自由运动的水动力特性开始,逐步深入分析浮体作双自由运动的情况,最后研究了浮体运动与振荡水柱式波能装置气体体积变化的耦合过程,探索波能装置-防波堤集成系统的波能俘获能力和消波性能等。首先,本文研究了迎浪侧浮体作单自由度运动时振荡浮子式波能装置-浮式防波堤集成系统的水动力性能,给出了前侧浮体纵荡或纵摇运动下,该系统水动力效率和透射系数等随结构参数的变化趋势。发现两种运动模式下,集成系统的主要工作频率区间在kd>2,水动力效率峰值可达到1。前侧浮体宽度和吃水及浮体间距的增加使得纵荡运动下的水动力效率峰值向低频移动,而由于随宽度增大或吃水减小,浮体纵摇运动恢复力从负值逐渐增大为正值,出现纵摇运动共振现象,使得水动力效率峰值的变化更加复杂。其次,基于以上研究结果,本文对比了迎浪侧浮体作三种不同双自由运动(纵荡与升沉,升沉与纵摇和纵荡与纵摇)与单自由度运动的水动力效率、透射系数、反射系数和双浮体之间的波面幅值,结果表明:双自由度耦合运动可以显著拓宽集成系统的有效频宽(C>0.3,K水动力性能和增强系统的安全性,而纵荡与升沉结合时,综合性能最强。再者,求解了双自由运动情况下的最优阻尼,发现运动之间存在一定的增效作用(指双自由运动同时存在时,集成系统俘获波能的能力更佳)。最后,在最优阻尼控制下,研究了结构参数对前墙可作纵摇运动的OWC波能装置-直立防波堤集成系统的水动力性能的影响。与前墙固定的OWC波能装置的水动力效率对比,发现本文提出装置的峰值区域(指C>0.5对应的频率区间)在较高频率范围(kd>2),显著拓宽了峰值区域;前墙宽度和气室宽度的增加都会使得水动力效率曲线向低频偏移,且峰值区域随气室宽度的增加呈现增大趋势。

关键词：波能装置防波堤水动力效率系统安全势流理论

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基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究

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船舶力学 2011年第11期15卷 1224-1233页

作者：曾志波姚志崇王玮波丁恩宝中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能。文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通... 详细信息

开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能。文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通过与对应的刚性螺旋桨的比较计算分析,研究了在多工况下的复合材料螺旋桨水动力性能影响,探索了在来流变化过程中复合材料螺旋桨的振动性能。文中研究得出了一些有意义的结论,为复合材料螺旋桨设计及应用奠定了基础。

关键词：复合材料螺旋桨流固耦合水动力效率振动

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导管螺旋桨导管剖面优化方法研究

导管螺旋桨导管剖面优化方法研究

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作者：吕江华中科技大学

学位级别：硕士

导管螺旋桨应用极其广泛,尤其是在拖船、水下航行器、海洋平台工作船等船舶上。导管螺旋桨在新型船舶上的应用以及社会对节能减排的迫切期望,现有的导管桨图谱已不能满足需求,所以有必要开发新型高效导管桨。导管是导管桨设计成功与否... 详细信息

导管螺旋桨应用极其广泛,尤其是在拖船、水下航行器、海洋平台工作船等船舶上。导管螺旋桨在新型船舶上的应用以及社会对节能减排的迫切期望,现有的导管桨图谱已不能满足需求,所以有必要开发新型高效导管桨。导管是导管桨设计成功与否的关键。本文以导管桨导管剖面为设计目标,旨在建立一套切实可行的导管桨导管剖面优化设计方法。首先,论文对导管螺旋桨导管剖面设计方法的国内外研究进展进行了归纳总结。然后,对导管桨导管剖面进行参数化表征,建立了一套基于B-样条方法的导管剖面参数化方法。对导管参数进行优化分析,建立了基于二维CFD粘流计算的以正交设计试验方法为主的导管参数优化设计方法。其次,利用参数化方法和优化设计方法设计得到优化结果,并用三维CFD计算验证优化结果,最后进行模型试验进一步验证设计结果的正确性。再次,鉴于尺度效应的存在,对导管桨导管剖面进行了实尺度下的优化设计,并与模型尺度下的结果进行比较。设计结果证明有必要使用实尺度方法开展导管桨导管剖面设计。最后,对上述研究进行总结,总结出一套导管螺旋桨导管剖面的优化设计方法。

关键词：推进器设计计算流体力学导管螺旋桨优化尺度效应水动力效率

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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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台阶式OWC波能装置水动力性能的模拟研究

台阶式OWC波能装置水动力性能的模拟研究

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第十九届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：柯颂宁德志刘元隋俊克大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

为了探讨和改进台阶式振荡水柱式(OWC)波浪能转换装置水动力性能,采用基于时域高阶边界元法的完全非线性数值水槽模型模拟研究不同台阶条件对OWC装置水动力性能的影响。数值模型中自由水面满足完全非线性自由水面运动学和动力学边界条件... 详细信息

为了探讨和改进台阶式振荡水柱式(OWC)波浪能转换装置水动力性能,采用基于时域高阶边界元法的完全非线性数值水槽模型模拟研究不同台阶条件对OWC装置水动力性能的影响。数值模型中自由水面满足完全非线性自由水面运动学和动力学边界条件,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时自由面流体质点,采用四阶Runge-Kutta法对下一时间步的波面和自由面速度势进行更新;采用域内源造波技术结合人工阻尼层来产生入射波浪和消除从结构反射回来的波浪。通过与已发表试验结果对比,验证本模型的准确性,进而通过改变台阶的几何尺寸来研究台阶式OWC波能装置的水动力性能。研究结果表明台阶长度对OWC水动力性能的影响与给定波长相关,而台阶厚度与OWC波能水动力效率正相关。

关键词： OWC 台阶水动力效率数值波浪水槽高阶边界元

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轮缘推进器的轮缘摩擦损耗评估方法研究

轮缘推进器的轮缘摩擦损耗评估方法研究

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2013年船舶水动力学学术会议

作者：曹庆明胡芳琳唐登海洪方文中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室

轮缘驱动又称梢部驱动,将电机的环形定转子集成在导管或槽道内部的复合金属容器内,电机的转子固定在桨叶梢部,通过电机定、转子之间的电磁场作用带动桨叶旋转。本文首先定义了轮缘推进器的轮缘和气隙几何参数,分析了轮缘驱动推进器的水... 详细信息

轮缘驱动又称梢部驱动,将电机的环形定转子集成在导管或槽道内部的复合金属容器内,电机的转子固定在桨叶梢部,通过电机定、转子之间的电磁场作用带动桨叶旋转。本文首先定义了轮缘推进器的轮缘和气隙几何参数,分析了轮缘驱动推进器的水动力效率成分,详细介绍了气隙流动造成的轮缘摩擦损耗估算方法,然后针对1.5MW轮缘推进器采用三种不同方法评估了轮缘的扭矩损耗,分析比较了轮缘摩擦损耗的成分,再以某轮缘推进器为对象,通过变换轮缘长度和最大外径组合形成五种不同方案,评估并分析了五种方案和原始方案的扭矩损失情况,同时给出了低能耗气隙和轮缘的设计原则。

关键词：轮缘驱动推进器水动力效率气隙流动扭矩损失

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螺旋桨水动力效率与噪声的优化方法

螺旋桨水动力效率与噪声的优化方法

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第十六届全国水动力学研讨会

作者：魏以迈徐艳姣中国船舶科学研究中心上海分部中国船舶科学研究中心上海分部

本研究从螺旋桨升力线简化模型出发,应用物体在声介质中运动引起密度扰动产生声压的基本方程,把升力线理论中满足水动力载荷要求的环量与载荷产生的水动力噪声相联系,从而得出一个在水动力性能的约束条件下寻求螺旋桨最小噪声的环量分... 详细信息

本研究从螺旋桨升力线简化模型出发,应用物体在声介质中运动引起密度扰动产生声压的基本方程,把升力线理论中满足水动力载荷要求的环量与载荷产生的水动力噪声相联系,从而得出一个在水动力性能的约束条件下寻求螺旋桨最小噪声的环量分布的最优化问题。根据问题的要求,建立了非线性规划的数学模型,采用了约束优化的复合形计算方法, 在给定条件下,其功能可确定水动力最佳环量分布、非最佳环量分布和声学最佳环量分布,以及它们的理想效率和总均方声压。

关键词：螺旋桨水动力效率噪声优化

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