振蕩浮子液壓式波浪能利用裝置的研究

【摘要】：為解決能源供應在社會發(fā)展中的瓶頸問題和緩解環(huán)境壓力,世界各國都在尋找新的可再生能源來替代。素有“藍色油田”之稱的海洋能源,因其巨大的能量貯量、純綠色無污染等清潔可再生特性,已日益引起人類的重視。 波浪能作為蘊藏量最為豐富的海洋能源之一,已成為海洋能利用研究中近期研究得最多的海洋能源。各種波能利用裝置層出不窮,振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置就是新近發(fā)展起來的一種高效可靠的波能利用裝置,如何提高該裝置的能量轉(zhuǎn)換效率以及海上生存能力對實現(xiàn)利用波能發(fā)電代替部分常規(guī)能源尤為重要。本文針對振蕩浮子式波能發(fā)電裝置中的第一級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行設(shè)計,創(chuàng)新性提出一種利用陣列式振蕩浮子系統(tǒng)來吸收波浪能,并從以下幾個方面展開工作： (1)設(shè)計出一種以振蕩浮子系統(tǒng)作為波能發(fā)電裝置的第一級能量轉(zhuǎn)換機構(gòu),簡要介紹該波浪能發(fā)電裝置的組成及其工作原理,提出振蕩浮子系統(tǒng)中所要研究的關(guān)鍵問題。 (2)利用海洋波浪理論及水動力學理論,對波浪的運動特性及振蕩浮子的運動特性進行分析,推導出該設(shè)計裝置中振蕩浮子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換數(shù)學模型,包括浮子的能量吸收率及浮子從海浪中吸收的平均功率、整個浮子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率及平均的輸出功率。 (3)利用Matlab軟件編程及Excel計算工具進行數(shù)值仿真計算,對影響振蕩浮子系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的參數(shù)進行優(yōu)化分析；利用分析后的優(yōu)化參數(shù),對浮子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換進行計算；同時對浮子系統(tǒng)的海上生存能力進行必要的性能優(yōu)化設(shè)計。 (4)根據(jù)項目進度,簡要介紹項目組正在進行的振蕩浮子液壓式波浪能發(fā)電試驗平臺的設(shè)計方案及試驗研究方案,利用試驗研究與理論研究進行相互驗證,對振蕩浮子系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。 【關(guān)鍵詞】：波浪能 振蕩浮子 一級能量轉(zhuǎn)換 結(jié)構(gòu)設(shè)計 參數(shù)分析
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P743.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 波浪發(fā)電原理與技術(shù)10-15
• 1.2.1 波浪能概述10-11
• 1.2.2 波浪能轉(zhuǎn)換原理11-12
• 1.2.3 波能發(fā)電技術(shù)12-15
• 1.3 波浪能發(fā)電的應用狀況及發(fā)展趨勢15-17
• 1.3.1 國外波浪能的利用概況15-16
• 1.3.2 我國波浪能的研究進展16-17
• 1.3.3 波浪能利用的發(fā)展趨勢17
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容17-18
• 第2章 振蕩浮子式波能利用裝置的組成及工作原理18-26
• 2.1 海上振蕩浮子式波能裝置的組成18-23
• 2.1.1 基于振蕩浮子系統(tǒng)的一級能量轉(zhuǎn)換20-21
• 2.1.2 基于液壓轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的二級能量轉(zhuǎn)換21-22
• 2.1.3 基于直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)的三級能量轉(zhuǎn)換22-23
• 2.2 振蕩浮子式波能裝置的工作原理23-25
• 2.2.1 發(fā)電裝置的運動形式與能量轉(zhuǎn)化23-24
• 2.2.2 振蕩浮子波能裝置的關(guān)鍵技術(shù)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 振蕩浮子系統(tǒng)的運動特性及能量轉(zhuǎn)換數(shù)學模型26-43
• 3.1 波浪的運動特性26-30
• 3.1.1 微幅波理論26-28
• 3.1.2 波浪的運動及能量特性28-30
• 3.2 振蕩浮子的運動特性30-37
• 3.2.1 振蕩浮子波能轉(zhuǎn)換器的力學模型30-31
• 3.2.2 振蕩運動方程的求解31-34
• 3.2.3 振蕩特性的分析34-37
• 3.3 振蕩浮子系統(tǒng)能量吸收率的數(shù)學模型37-38
• 3.3.1 垂直圓柱體浮子的振蕩位移37
• 3.3.2 浮子能量吸收率的計算37-38
• 3.4 振蕩浮子系統(tǒng)功率輸出的數(shù)學模型38-42
• 3.4.1 浮子臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力分析38-41
• 3.4.2 系統(tǒng)功率輸出的計算41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 振蕩浮子系統(tǒng)的參數(shù)分析及性能優(yōu)化43-56
• 4.1 影響振蕩浮子系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的參數(shù)分析43-49
• 4.1.1 波浪周期T的影響43-45
• 4.1.2 波高H的影響45-46
• 4.1.3 水深h的影響46-47
• 4.1.4 初始浸水深度d(0)的影響47-49
• 4.2 振蕩浮子系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的性能計算49-53
• 4.2.1 能量吸收率的計算49-50
• 4.2.2 系統(tǒng)功率輸出的計算50-53
• 4.3 振蕩浮子系統(tǒng)的安全可靠性能分析53-55
• 4.3.1 防臺風裝置53-54
• 4.3.2 潮差適應性分析54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 振蕩浮子波能裝置試驗平臺及試驗方案的設(shè)計56-65
• 5.1 振蕩浮子波能裝置試驗平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計56-62
• 5.1.1 波浪水槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計58
• 5.1.2 電動伺服造波機58-61
• 5.1.3 振蕩浮子的試驗模型61-62
• 5.2 振蕩浮子系統(tǒng)試驗方案的設(shè)計62-64
• 5.2.1 浮子特征參數(shù)的試驗研究63
• 5.2.2 波浪因素的試驗研究63-64
• 5.2.3 陣列浮子布置方式的試驗研究64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論與展望65-66
• 參考文獻66-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文69-70
• 致謝70

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