一种全天候新能源混合发电系统控制方案的研究

介绍了一种集波浪能、海洋风能、太阳能为一体的浮海型全天候混合发电装置的设计。该装置主要由振荡浮子式波浪能、立轴变桨式风能、旋转式太阳能组成。装置安装在浮体平台上,通过锚泊浮于工作海域。系统采用了多能互补道路和模块化的设计理念。利用波浪能、海洋风能、太阳能互补特性,通过传感器对外界环境的检测,单片机发出信号进行实时处理,实现全天候发电的工作效果,其性能优于单一的能源发电装置,具有工作效率高且发电稳定。本设计主要用于海洋浮标等海洋观测设备以及海上航标灯设备持续供电,从而实现经济效益和战略意义。     

基于环境变量的海洋浮标抗风等级计算

海洋浮标是一种布放在特定海域的观测装备,常用于定点观测风、浪、流、海温等海洋气象要素。本文对浮标浮体和锚系分别进行受力分析,给出了浮标在风、流、浪联合作用下的泊稳条件。采用Python编程语言编写了一套浮标抗风等级计算程序,可以计算特定浮标系统所能抵御的最大风级,以及特定风级下浮标系统泊稳所需的最小锚重,并通过一个浮标在台风天气下走锚的实际案例对程序计算结果进行了分析。计算结果还表明,海浪对浮标的作用力为流作用力的7～10倍,为风作用力的36～106倍,其作用在浮标受力分析和计算中不可忽略。本研究可为海洋浮标系统的布放设计和维护提供参考。     

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.     

快速定位式救生浮标设计

针对现有救生装备存在无法及时发送求救信息、无定位效果、不能为人体补充能量等缺陷的现状,设计了一种利用波浪能发电的快速定位式救生浮标。该浮标由波浪能发电系统、定位求救系统和人员救生安全系统3部分构成。该装置集定位求救、储物、救生功能于一体,突破了现有救生装备使用繁琐、功能单一,难以抵抗恶劣海洋环境等局限。     

浮标系数的试验与分析——以清水河克尔古提站为例

清水河具有典型的山溪性河流的特征，洪峰流量大，往往比一般流量大几倍。根据《河流流量测验规范》要求，通过克尔古提水文站的浮标系数试验，分析了均匀浮标和中泓浮标系数。浮标系数的分析及确定，为提高洪峰流量的浮标测验精度提供可靠的依据。     

长江口深水航道灯浮标位置推算

为了缩短长江口深水航道灯浮标的复位时间,需实现灯浮标移位预警。运用乘积季节模型推算长江口深水航道的灯浮标未来24 h的位置,然后进行移位判定,并验证移位预警效果。结果表明,该方法对灯浮标位置地推算较为准确,误差在可接受范围内,移位预警效果较好。     

基于敏感测温点的浮标舱温监测系统设计

为监测海洋资料浮标的舱温变化,设计了一种基于敏感测温点的浮标舱温监测系统。利用单总线和寄生电源供电技术,将温度传感器布设在浮标内部多个测温点,组成舱温监测网络,然后挂接到浮标采集系统的核心单元微控制器(MCU)上,只占用一个I/O口线实现对浮标多个测温点的实时监测。海试结果表明,该系统可用于对大型浮标舱温的网络化监测。     

北斗二代卫星导航系统在海洋资料浮标监控与管理中的应用

为有效地实现大规模、多类型海洋资料浮标的运行监控与管理,依托北斗二代卫星导航系统的定位和短信通信功能,分别实现浮标位置定位和数据传送,将北斗定位与GPS定位相结合以弥补位置数据丢失、错误等问题。通过数据分包技术克服北斗通讯数据长度的限制,并设计了数据包缓冲接收和数据包动态拼接的方法,有效地实现大规模的浮标数据接收处理。实验结果表明,该方式定位精度高、通讯稳定性好、数据接收率高,能有效满足海洋资料浮标用户对于浮标的管理需求。     

白龙浮标数据全球通信系统共享的解决方案

为实现白龙浮标数据按照标准格式全要素参与国际交换,设计了从浮标数据测量、卫星传输、岸站接收、实时数据质量控制、云服务器存储到FTP数据上传中国气象局的数据传输链路;采用WMO推荐的标准BUFR格式对原始数据进行格式转换和重新编报,并按照全球通信系统(GTS)的规则进行封装和编发,实现了白龙浮标气象和海洋观测数据实时向GTS的分发共享,全球用户可以通过GTS收集数据并进行分拣后,按照报头识别并解码得到白龙浮标实时数据。白龙浮标成为我国第一个实时数据共享到GTS的锚系浮标,表明我国锚系浮标数据提供能力达到世界先进水平。     

海洋漂流浮标追踪的可视化

利用欧拉修正法和局部拟合的双线性插值,对在海洋调查和探测技术中运用广泛的海洋漂流浮标的流动进行了追踪,并实现了浮标追踪的动态显示.     

基于无网格法的浮体与波浪相互作用模拟与试验验证

浮体在波浪中的运动现象广泛存在于海洋石油及新能源领域,属于流固耦合问题,同时涉及自由表面流动和运动边界等复杂现象,使得基于欧拉模式的数值方法并不擅长该类问题的求解。采用一种拉格朗日无网格法,即光滑粒子动力学(SPH)方法,建立流固耦合数值计算模型,模拟浮体在波浪水槽中的运动过程,通过线性波浪理论和水槽试验验证了模型的准确性。结果表明:SPH方法能够有效模拟浮体在波浪作用下的非定常运动,并且捕捉到越浪、浮体侧倾等现象,预测的浮体位移时间关系与试验结果一致;在无约束条件下,浮体在水槽中发生横向位移,且位移受浮体形状和尺寸影响较大。     

超大浮体的多段梁模型特性分析

为分析超大型浮体的水弹性响应特性,以某超大型浮体为研究对象,通过建立多段梁模型,并利用ANYSY软件进行结构干模态分析,利用流体分析软件求解得到结构的水动力系数,最后通过水弹性计算程序对超大型浮体在不同浪向、不同波长波浪作用下的水弹性响应进行了研究。同时,为分析超大型浮体连接件刚度的影响,对不同连接件刚度下的水弹性响应进行了对比分析。计算结果表明,长波作用下浮体的刚体作用占主导,而在短波作用下弹性变形占主导;浮体对波浪的浪向较为敏感,但弹性变形的最大值一般出现在波长接近于浮体在波浪入射角方向上投影的长度时,浮体的水弹性响应对连接件的刚度较为敏感。     

浮体锚泊系统计算分析

利用数值方法研究了锚泊浮体在风、浪、流联合作用下的运动响应和锚链线张力变化规律.采用的数学模型主要包括三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型.在数值计算中,分别采用有限差分法和频域格林函数法求解三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型得到锚泊系统的总体刚度和浮体的水动力参数,据此求解锚泊浮体运动方程,得到锚泊浮体的运动响应和锚链线上的张力变化.对一锚泊半潜式海洋平台的实际校核应用证明,本方法可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

自组网的小尺度海域水动力分析

为了快速精确地监测小尺度海域水动力信息,应用窄带物联网技术,在一定尺度海域内构建无线自组网络,设计基于LoRa无线通信机制,带北斗定位功能的微型浮标和基站系统。结合水动力学建模结果,在厦门湾海域内投放大量微型浮标,采集该海域水动力学参数数据。借助海域动态监测大数据公共服务平台,集中接收和处理数据。实验结果表明:该方法可以有效地实现数据共享及小尺度海域水动力学数据监测。     

矩形浮体靠近潜堤时水平作用力分析

采用特征函数展开及边界匹配方法对矩形浮体靠近潜堤时流场进行计算分析,获得浮体所受流体作用力.通过改变浮体与潜堤距离以及潜堤高度,获得不同入射波频率下作用力变化规律.浮体与潜堤之间水域透射波与反射波叠加造成自由面剧烈变化,同时,浮体所受作用力在共振频率处发生振荡.对比分析表明,本文提出的计算模型能够用于浮体靠近潜堤时的水动力分析.     

铰接多浮体与波浪耦合的仿真和实验研究

为研究铰接对浮体稳定性的影响,该文采用计算流体力学和多体动力学方法,提出基于粘性流理论的铰接多浮体仿真模型。采用有限体积方法,用重叠网格将波浪水池和浮体区域进行网格划分。将浮体视为刚体,浮体之间通过虚拟铰接约束成多浮体系统,建立仿真模型。实验研究发现,铰接浮体比刚性连接浮体更加稳定。仿真结果与实验结果对比,表明仿真模型中铰接约束的合理性和可靠性。     

价值工程与海洋资料浮标

价值工程是以最低总成本实现产品的必要功能的现代管理方法，将ＶＥ原理应用于海洋资料浮标设计，是浮标技术发展的必由之路，本文介绍了美国两种ＶＥ浮标的现状，以供借鉴，我国发展ＶＥ浮标的条件已经成熟，但是任重道远。     

系泊型浮体运动的无网格法数值模型

针对系泊型浮体在运动中可能出现的绳索保持绷紧、由绷紧变松弛、保持松弛和由松弛变绷紧等4种状态,基于移动粒子半隐式法基本流固耦合模型,提出了一种刚体运动状态判定机制。对浮体受到绳索牵引而运动受限的情况提出了一种处理方法:按体积分的形式计算流体对浮体的压力、重力和它们的力矩,求解刚体动量方程和转动量方程得到浮体的速度和角速度,浮体因受到绳索作用而径向速度降为零,浮体以切向速度绕绳索固定端旋转。对用单绳系泊的二维浮体在孤立波中的运动进行了数值模拟,捕捉到了上述4种运动状态,可以观测到绳索保持绷紧时绳索与浮体的固连点的轨迹为一段圆弧。同时,浮体在水平、竖直和转动方向3个自由度的运动信息均可以从计算结果中提取研究。数值模拟结果符合物理原理,模型的建立扩展了移动粒子半隐式法的应用范围,为模拟固体运动受限制的流固耦合问题提供了思路。     

天空光遮蔽法在高叶绿素水体中的阴影问题研究

天空光遮蔽法(SBA)是一种直接测量离水辐亮度的方法.该方法通过浮体结构实现,其关键是用于屏蔽天空光的元件——遮光锥.目前浮体结构及遮光锥在高叶绿素水体中产生的阴影效应尚不清楚.本研究依前人经验建立了SBA测量系统,评估浮体结构对SBA的影响发现:在晴天,辐亮度光谱仪观测方位角处于0°~90°以及270°~360°时,浮体结构带来的影响可以忽略;在阴天,浮体结构对各观测方位角的离水辐亮度测量值均有显著影响,即现有的浮子系统SBA可能并不适用于阴天条件.而关于遮光锥阴影问题的探讨发现,在高叶绿素水体中(叶绿素质量浓度50mg/m3),若将遮光锥阴影半径由原设计的4.5cm减至2.2cm,Gordon自阴影校正模型的临界太阳天顶角可由37°降至12°.     

水流作用下锚泊浮体平衡位置及姿态的求解方法

为了求解锚泊浮体在波浪中的运动响应或是受失控船舶碰撞时的运动响应,首先得求解锚泊浮体系统在不同外部环境下的平衡位置,以获得较为精确的锚链和浮体的初始状态.将锚链考虑为可拉伸的悬链线,建立锚链力的求解方程.以浮体在各个方向的所受力(矩)的平衡为收敛条件,通过迭代求解锚泊浮体系统在海流作用下的平衡位置.结果表明,系统除了在不同流向和流速作用下具有不同的平衡姿态外,还会由于投锚误差导致平衡姿态的不同.