1kW級小型波浪能供電裝置關鍵技術研究

【摘要】：海洋可再生能源的開發(fā)與利用正從探索階段逐步走向產業(yè)化階段,但其中許多關鍵技術仍不成熟,其中波浪能裝換裝置的技術仍處在全面深入研究階段,開發(fā)設計可產品化利用的波浪能供電裝置對解決能源問題具有重要意義。本文以振蕩浮子式波能發(fā)電裝置的產品化開發(fā)思路為主線,采用理論分析與數(shù)值模擬相結合的方法對1kW級小型波浪能供電裝置進行了分析和研究,進而提出適合該小型波浪能供電裝置實海況海試的標準化投放工藝流程,最后通過工程樣機海試進行驗證。本文基于產品化的設計思路并結合我國波浪能資源特點以及各類波浪能供電裝置的能量轉換及傳遞機理設計了1kW級小型振蕩浮子式波浪能供電裝置,提出了基于產品化設計思路的兩大關鍵技術—振蕩浮子式雙行程扭矩輸出系統(tǒng)以及阻尼板式潛浮體結構配合錨固泊穩(wěn)系統(tǒng),并詳細闡述了裝置整體以及各結構的設計特點。本文通過對能量攝取系統(tǒng),即振蕩浮子進行水動力性能分析,通過ANSYS APDL以及AQWA軟件對其進行水動力數(shù)值模擬,計算振蕩浮子所受一階波浪力以驗證所設計的振蕩浮子能否達到1kW裝機容量的工作要求；進而對阻尼板式潛浮體結構進行水動力數(shù)值模擬,同樣以ANSYS以及AQWA軟件為平臺進行裝置整體的運動響應及鋼絲繩受力分析,優(yōu)化確定了錨固方案。本文提出了適合小型浮體式振蕩浮子式波浪能供電裝置的標準化海試工藝投放流程,針對所設計的特定形式的結構提出了陸上聯(lián)調方案以及整體投放方案,并實現(xiàn)了理論分析、數(shù)值模擬結果在工程樣機上的完美結合。文章詳細介紹了工程樣機的加工、制造、裝配以及投放過程,通過樣機的順利海試及正常運行驗證了水動力學關鍵技術的可行性,為該類裝置的產品化設計提供了思路。 【關鍵詞】：波能轉換 振蕩浮子 阻尼板 產品化設計思路 標準化投放工藝流程
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P743.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 前言10-27
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 波浪能利用現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 波浪能供電裝置工作原理13-14
• 1.2.2 國際波浪能技術進展14-17
• 1.2.3 中國波浪能技術進展17-21
• 1.3 振蕩浮子波能供電裝置研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3.1 振蕩浮子波能供電裝置理論計算21-22
• 1.3.2 振蕩浮子波能供電裝置試驗研究22
• 1.3.3 振蕩浮子波能供電裝置數(shù)值模擬研究22-25
• 1.4 本文的主要研究內容和目標25-27
• 1.4.1 本文的主要研究內容25-26
• 1.4.2 本文的研究意義26-27
• 2 裝置整體初步設計27-38
• 2.1 整體方案設計30-31
• 2.2 能量攝取系統(tǒng)設計31-34
• 2.3 能量輸出系統(tǒng)設計34-36
• 2.4 錨固系統(tǒng)設計36-37
• 2.5 本章小結37-38
• 3 數(shù)值模擬方法38-56
• 3.1 AQWA軟件介紹38-40
• 3.2 AQWA理論基礎40-51
• 3.2.1 AQWA坐標系分析40-41
• 3.2.2 速度勢分析41-43
• 3.2.3 浮體運動的頻域算法43-49
• 3.2.4 浮體運動的時域算法49-51
• 3.3 AQWA數(shù)值模擬驗證51-55
• 3.3.1 組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置物模試驗51-52
• 3.3.2 組合型振蕩浮子波能發(fā)電裝置數(shù)值模擬驗證52-55
• 3.4 本章小結55-56
• 4 數(shù)值模擬結果分析56-73
• 4.1 浮子運動特性數(shù)值模擬56-62
• 4.2 裝置整體運動響應數(shù)值模擬62-72
• 4.3 本章小結72-73
• 5 工程樣機海上試驗73-91
• 5.1 海試施工方案設計73-78
• 5.2 工程樣機的加工制作組裝及陸上聯(lián)調78-85
• 5.2.1 供電裝置主體部分的加工制作78-80
• 5.2.2 供電裝置的岸上組裝80-83
• 5.2.3 工程樣機的陸上聯(lián)調83-85
• 5.3 供電裝置的海上投放及運行85-90
• 5.4 本章小結90-91
• 6 結論與展望91-93
• 6.1 本文結論91-92
• 6.2 不足與展望92-93
• 參考文獻93-96
• 致謝96-97
• 個人簡歷97
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文97
• 攻讀碩士學位期間獲得專利97-98
• 攻讀碩士學位期間參加項目98

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