双浮体波能装置的水动力计算与能量转换特性分析

 波浪能是一种可再生清洁能源,波浪能发电是开发和利用波浪能的主要形式。双浮体波浪能发电装置是一种结构简单、建造和安装成本较低的波浪能装置。为提高该类装置的可靠性和能量转换效率,本文针对其水动力性能和能量转换特性进行研究。基于线性波浪理论,建立装置的运动学方程,确定装置不同结构体的运动响应函数以及能量输出函数,并采用频域水动力数值方法,计算装置不同结构体的水动力系数,获得不同条件下位移幅值和输出功率随波浪频率的变化曲线。经过计算与分析,获得波浪作用下装置的运动规律和能量输出受波浪频率、PTO 系统阻尼系数以及装置的结构和材料等因素的影响规律。     

多自由度振荡浮子装置波浪爬升特性试验与数值模拟

增加振荡浮子式波浪能发电装置的自由度可以拓宽设备的捕获频带,从而有效地提高其捕获效率,但这也意味着浮子与波浪间的作用过程更加复杂,产生的波浪爬升等非线性现象不容忽视,严重时甚至会发生越浪从而降低浮子装置的使用寿命和效率．本文开展了规则波作用下多自由度浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,对单自由度运动和多自由度耦合运动的浮子上的波浪爬高进行了比较,以分析在有无动力输出装置(power take-off,PTO)阻尼条件下自由度之间的相互作用效应,并使用数值模拟分析耦合运动浮子周围的流场分布．结果显示,增加自由度可以导致没有PTO阻尼的浮子上的波浪爬高显著降低,有效降低越浪风险．对于有PTO阻尼的多自由度振荡浮子,增加垂荡方向上的PTO阻尼力对波浪爬升有很大影响．三自由度耦合运动浮子能更好地利用波浪能并具有更好的安全性．     

点吸式波浪能装置的功率特性研究

基于线性规则波理论针对固定式点吸收波浪能发电装置进行研究,通过数值计算,分析了锥形浮子与圆柱形浮子在无阻尼和有阻尼条件下在波浪作用下的运动规律,探索浮子的运动响应和装置的能量转换效率与浮子形状、波浪频率或周期以及PTO系统阻尼之间的内在关系,寻求进行固定式点吸收波能装置最优化设计的方法。通过计算和分析,提出了浮子结构和PTO系统阻尼特性对装置能量转换特性的影响规律,该结论可为点吸式波浪能转换装置的理论研究和工程应用提供参考和借鉴。     

浮体绳轮波浪发电系统研究

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理论及粘性阻尼理论,考虑浮体附加质量及附加阻尼影响,对浮体上升和下降阶段进行受力分析,分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程,推导出浮体完整的运动方程.利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的阻尼系数C=10600N·s/m,然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结果进行了验证.理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础.     

浮子式波浪能转换装置的浮子受力分析

为提高现有波浪发电系统的稳定性和效率,提出了一种新型的浮子式波浪发电系统,介绍了其具体结构和特点.同时,采用解析法详细分析了波浪能转换装置(WEC)所受的重力、浮力、系链拉力等情况.根据天津波浪特性,对所提出的波浪发电装置进行了仿真分析.分析结果表明,所设计的波浪能转换装置具有较好的单向周期性稳定输出转矩特性,且其效率较传统的浮子式WEC提高了10%左右.     

内置偏心转子式波浪能发电装置的动力学研究

内置偏心转子式波浪能发电装置是一种新型的波浪能发电系统,采用全封闭式结构,具有可靠性高、使用寿命长等特点.本文提出了内置偏心转子式波浪能发电装置的海况自适应能量输出方案,能够根据海况特点自适应地调整偏心转子的偏心距,从而提高能量输出效率和稳定性.针对波浪能发电装置的整体水动力学特性和内部偏心转子的机构动力学特性,建立了一种基于ABAQUS-XFlow联合仿真的动力学耦合分析方法,研究了偏心转子质量、摩擦系数、波浪参数等因素对偏心转子动力学特性的影响,并利用原理样机实验分析了随机波浪激励下偏心转子的动力学特性.其中,偏心转子的运动性能间接反映了波浪能发电系统的功率输出特性.结果表明:偏心转子质量是影响动力学特性的敏感因素,对其运动特征的影响呈现出非单调性规律;而偏心转子的运动对偏心转子与中心轴之间的摩擦系数的敏感度较低,且摩擦系数对偏心转子运动特征的影响呈现出单调性规律;波浪能发电装置受到随机波浪激励后,在垂荡和纵摇方向的运动幅值较大,在其他方向上的运动幅值相对较小,偏心转子有较大概率保持沿单一方向转动,且转动较为平稳,预期能够稳定捕获波浪能.相关研究结论对内置偏心转子式波浪能发电装置的...     

海洋浮体水弹性力学研究历史与现状

全面系统地介绍了海洋浮体水弹性力学的国内外研究历史与现状。将水弹性力学分为二维线性、二维非线性、三维线性、三维非线性等几类，并依次进行了论述。重点介绍了水弹性分析理论在超大型浮体的动力特性研究中的应用现状。     

浮式风机系统水-气动力耦合分析方法

将浮式风机系统中浮体的水动力分析模块与风力发电机的空气动力分析模块整合,提出了适用于深水浮式风机系统的全耦合动力响应分析方法.浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块.以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法.通过对某SPAR风机系统在随机海况下进行了系统水动力响应分析,并与现有的三维势流理论的结果进行了比较,验证了数值分析方法的有效性.最后,对系统的动力响应进行了水-气动力的全耦合数值分析.结果表明,该方法能有效地分析浮式风机各子系统间的混合动力作用,可用于海洋风电系统开发.     

具有小间隙的多浮体系统水动力共振现象

基于三维频域势流理论,采用数值模拟方法计算了具有小间隙的圆筒形和箱形浮体、并列箱形等多浮体系统的波浪力和水动力相互作用的附加质量和阻尼系数等,分析了间隙对多浮体系统的水动力性能的影响.数值计算结果表明,无论是波浪力还是浮体间相互作用的水动力系数在某些频率上都存在着强烈的共振现象,共振发生的频率基本出现在波数kL=πx(n=1,2,…,∞)附近.     

水下潜器导管螺旋桨在转艏摆动中的推力特性分析

采用多重滑移网格技术和计算流体力学(CFD)方法对作为水下潜器主要控制机构的导管螺旋桨在水下潜器各子系统流场影响下作转艏摆动时的推进特性进行数值模拟,研究了潜器组合体流场对导管螺旋桨所发出的推力的影响,对水下潜器系统中导管螺旋桨在其转艏摆动中的所发出的推力的规律进行了总结,并分析了水下潜器组合体与导管螺旋桨的水动力相互影响因素.计算结果表明:水下潜器组合体流场对导管螺旋桨的推进特性有不可忽略的影响,其中导管螺旋桨前端的鱼雷状浮体是影响其推进特性的主要因素,在其水动力相互影响区域长度范围内,浮体与螺旋桨之间轴向距离越小,螺旋桨所发出的推进力越大;鱼雷状浮体对导管螺旋桨推进特性的影响主要是通过改变螺旋桨盘面处的进速来体现.在研究水下潜器系统中导管螺旋桨推进力特性时,只有将潜器组合体与所研究的导管螺旋桨组合成为一个整体、同时将这样一个组合整体结合到水下潜器系统具体的运转环境来进行计算才能得到一种符合工程实际的结果.     

浅论生物质能源和生物质能发电

讨论了生物质能的特点以及可开发性。特别生物质气化发电,灵活机动性较强,便于使用。     

暗能量

最近的宇宙学观测表明,人类熟悉的原子物质(重子物质)只占宇宙总能量的4%左右,而剩下的能量成分都是看不见的暗物质和暗能量,其中暗物质占23%,暗能量占73%.当前,暗物质和暗能量的起源和物理本质都不清楚,揭开它们的神秘本质是现代基础科学所面临的最大挑战之一.暗物质虽然神秘,但是它所产生的引力是和原子物质一样的正常引力.而暗能量就不同了,它更加神秘莫测,它产生的引力实际上是一种排斥力.正是由于暗能量的排斥力的驱动,我们的宇宙现在正在加速膨胀.暗能量在当前的物理学理论框架下面临着严重的问题.实际上,它的物理本性和量子引力理论有着深刻的联系.因此,暗能量的理论研究将为自下而上地建立一个完整的量子引力理论提供重要的线索.在简要论述了与暗能量相关的各种问题来龙去脉的基础上,描述了这个领域的概况.     

可再生能源利用与建筑节能融合技术

通过可再生能源利用与建筑节能的融合构建,替代传统石化燃料,实现节能减排。采用最新传热技术,创新装备,融合地能、太阳能、余热资源和蓄能技术等多能源形式,构建新型复合能源与建筑集成供热供冷系统,达到可再生能源利用和建筑节能,实现可持续发展的生态环保。     

含混合储能的微电网能量优化管理

为抑制微电网中新能源出力的波动并降低微电网的经济成本,通过引入混合储能设备来平抑新能源出力波动。构建了一种含混合储能的微电网能量管理模型,采用超级电容器和蓄电池组成混合储能设备,并设定风/光/混储/网/柴的依次供电顺序,采用Tent混沌映射、择优选择搜索空间和捕食位置以及Lévy飞行等改进策略对秃鹰搜索算法进行改进,提高算法的收敛速度和全局搜索能力,并运用于微电网综合成本优化求解。选取某地区四种典型日进行算例分析。结果表明：本文提出的微电网容量优化配置模型、混合储能设备、供能策略和改进BES算法能有效增强微电网平抑新能源出力波动的能力,降低微电网经济成本,并且改进的BES算法具备较强的收敛速度和求解能力。     

建筑能源供应方式与节能分析

通过分析各种能源供应方式的能量利用率和能质利用率,证明最合理的能源供应方式是各种热泵,其次是集中供热方式.     

太阳能转化为氢能之探讨

介绍了新能源、太阳能、氢能,以及太阳能光热利用的低温、中温、高温利用.简述了几种常用的太阳能制氢工艺技术.详细阐述了Zn/ZnO氧化还原反应的太阳能光热化学循环制氢原理和两步法循环制氢的工艺流程.该技术为低成本高效率利用太阳能制氢的新途径,可供业内参考.     

能量捕获无线通信系统的在线式动态能量分配

为了实现数据传输的可持续保障,通过捕获环境能量供能的无线通信系统具有独到的优越性。文中提出了一种在线式动态能量分配算法,假定发射端可通过反馈信道获得信道状态和能量到达的概率分布函数,根据凹函数特性对能量在各个时隙间进行分配,平衡当前时隙可达的信道容量和未来时隙可达的信道容量期望值。仿真结果表明,该算法实现简单,性能接近离线场景下最优的阶梯注水法,与贪婪算法和半保留算法相比,性能增益至少可以提高3 d B以上,具有更好的应用价值。