基于CFD的波浪能转换装置水动力性能分析

为了研究点吸式波浪能转换装置的水动力性能和载荷,采用基于黏性流体力学的CFD方法,模拟三维数值波浪水池,计算了波浪能转换装置的浮子在波浪周期为1.6,2.0,2.4s的运动位移和速度,以及浮子在特定波浪参数下的垂向受力,并与实验值进行对比.结果显示计算值与实验值符合良好,验证了此方法的准确性与可行性.在此基础上,进一步计算并分析了不同机械阻尼对装置运动性能的影响,结果表明机械阻尼增大会导致浮子的运动位移和速度减小,为装置的性能优化提供了依据.     

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。     

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．     

振荡浮子式波能转换装置阵列的物理模型水池试验

振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时,各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用,影响装置的运动和发电性能.开展物理水池试验,研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性,着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律.研究发现,在所考虑的参数范围内,相同波况条件...     

水鸟式无人艇平台的能量补充系统设计与研究

针对海洋中无人艇平台长时间远距离航行的能源供给需求,提出了一种由波浪能采集机构和液压转换系统组成的水鸟式无人艇平台的能量补充系统,设计了四连杆采集机构和随机能量转换系统,利用Matlab软件计算了波浪对浮子的作用力和无人艇平台的垂直作用力.根据能量流转换过程,建立了系统的Adams与AMESim联合仿真模型.对不同海况下系统的能量转换效率进行了仿真研究.研究结果表明该装置可以实现系统持续补充能量,为解决海洋中无人艇平台的持续能量供给问题提供了一种参考方案.     

波浪能转换装置主动控制研究现状与发展

波浪能是可再生的清洁能源，具有相当可观的发展潜力，但由于波浪的不规则运动等因素，波浪能发电系统的能量转换效率较低。本文关注于波浪能转换装置的主动控制，首先对波浪能发电原理进行了介绍，其次从波浪能转换装置控制模型的失配、未来波浪信息预测和能量输出系统的功率损耗三个方面，总结了近年来波浪能转换装置控制技术的现状与发展，最后指出了人工智能技术、多性能优化和阵列管理等方向是波浪能转换装置控制研究的发展趋势。     

跷跷板式波浪能装置阵列发电性能分析

波浪蕴含着巨大的能量,也具有较大的破坏作用.提出了一种跷跷板式的波浪能发电装置,采用双浮筒型的水面浮子结构形式,在水下设置垂直阻尼板.波浪激励浮子产生横摇运动,利用浮子与水下阻尼板的相对摇荡运动发电,结构简单,运行可靠.利用ANSYS-AQWA水动力分析软件计算了标准单体、大面积单体和多体阵列的发电性能,结果显示,在周...     

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...     

防波堤兼作振荡水柱波能装置的工作性能试验

为了考察防波堤兼作振荡水柱波能装置的实际发电性能，构建了物理模型并开展水工试验，试验中采用空气透平作为能量转换部件，并连接发电机，在不同入射波浪条件下，考察了装置的发电出力情况。研究结果表明：波浪周期对防波堤兼作振荡水柱波能装置的能量转换性能有较大的影响，长周期波浪作用下，装置的波电能量转换效率较高；当入射波波高较小，波浪条件较差时，装置的能量转换性能较弱。     

振荡水柱波能转换器的消反射特性研究

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.     

双圆柱形浮体波能装置双自由度响应及转换效率分析

大部分波能装置是通过载体的振动吸收波浪能,双圆柱形浮体是其中一类波能装置,研究双浮体波能装置的振动特性对于设计及提高波能装置整体转换效率具有重要的指导作用.本文把双浮体波能装置物理问题简化为具有黏性阻尼二自由度的受迫振动系统,采用线性波理论和特征函数展开匹配法求解了波浪引起的激励力、附加质量和阻尼系数,基于振荡浮体的双自由度运动方程推导了波能装置的响应和转换效率表达式,并给出了优化原则.数值分析表明阻尼优化曲线有一波峰部分同弹簧无关,峰值的大小和对应的频率只同工况有关;当弹簧存在时,优化曲线呈现双峰值,双峰值对应的频率宽度随弹性系数的增大而变窄;低频段峰值对应阻尼较小,相对响应较大,高频段优化峰值对应相当大的阻尼,相对响应较小,几乎小于入射波波幅.     

圆筒式摆板发电模型的建立

利用波浪能发电是一种重要的能源获取方式.波浪发电装置的效率对能否实现以波浪发电代替部分常规能源至关重要,因此对波浪发电进行结构设计和参数分析,对提高发电效率,使其产业化将具有重要的经济效益和社会效益.     

摇摆条件对反应堆系统热工水力特性的影响

船用核动力装置在海洋环境中受到风浪等影响会发生运动。摇摆条件对一回路系统热工水力特性影响比较复杂。为了研究摇摆条件影响,本研究开发了海洋条件系统热工水力分析程序STAC,并利用实验对程序海洋附加力模型进行验证。利用系统程序STAC对摇摆条件下反应堆系统热工水力特性进行模拟研究,结果表明：摇摆条件下强迫循环工况的参数变化比自然循环工况的参数变化小;与纵摇相比,横摇运动影响较大;摇摆条件下系统热工参数存在波动幅值最小的周期点。     

加载速率对砂岩破碎及能耗特征的影响

为了研究应力波加载速率对岩石破碎与能量利用效率的影响,利用杆件纵向撞击面局部变形的非线性模型设计了5种不同曲率半径的锤头,获得了非等入射能与等入射能条件下不同加载速率的入射应力波,并对红砂岩进行了冲击试验.结果表明:随着应力波加载速率的增大,砂岩试样破碎块度的分形维数呈近似线性增长关系.在加载速率相同的情况下,砂岩试样破碎块度的分形维数随入射能的增大而增大.随着入射应力波加载速率的增加,破碎能耗密度增大.在加载速率相同的情况下,入射能越大岩石破碎能耗密度越大.在非等入射能条件下,岩石破碎过程中的能量利用率随着入射能的增大呈明显的下降趋势.实际生产中最优的应力波形必须综合考虑破岩效果和能量利用率等因素.     

点头鸭式波浪能采集装置的数值模拟

为优化波浪能采集装置,以FLUENT软件为平台,建立了“点头鸭”和波浪水槽模型,对“点头鸭”在稳态均匀流和非稳态规则波作用下的水动力学特性进行了数值仿真。水槽中的规则波采用推板造波的方式生成,自由水面的追踪采用VOF方法确定。模拟得到了两种水流环境中“点头鸭”在受来流冲击时,鸭体所在区域的压力分布、速度分布以及鸭体所受波浪力的变化规律。结果表明,在均匀来流环境下,来流速度越大,鸭体所受波浪力越大,且随攻角增大而增大的趋势越发明显;在规则波环境下,鸭体所受波浪力近似呈周期性变化,其大小与攻角角度有明显关系,但并非呈单调变化。在所研究的工况中,攻角为60°时,鸭体所受的波浪力最大,此时“点头鸭”装置具有最大的可发电机械能。     

多种能量转换系统的性能优化与参数设计的研究

节能、提高能效、开发新能源(包括可再生清洁能源)是今后能源发展的重点,而能量转换系统的性能优化与参数设计是高效利用能源的一个关键科学问题.结合国内外的研究现状和本研究组近年来的研究工作,介绍在磁制冷、半导体热电器件、太阳能热利用、化学机与化学泵、燃料电池及其耦合系统、电解水制氢系统、布朗马达及量子热力学循环等能量转换系统的性能优化与参数设计方面所取得的一些重要成果.     

液压混合动力挖掘机的能量回收效率分析

为提高挖掘机的燃油经济性并降低排放,采用基于压力共轨(CPR)的配置方式构造液压混合动力挖掘机,并针对回转系统耗能大且能量回收潜力大的特点,利用Simula-tion X对回转系统建立仿真模型,分析了影响能量回收效率的主要因素.结果表明,所提出的挖掘机回转系统在制动时不仅可以有效地完成能量的回收,而且能量回收效率随液压蓄能器容积和回转系统制动前速度的增大而增加.文中还通过模拟实验对仿真得出的结论进行了验证,发现实验结果与仿真结果相吻合.