气压生波的数值模似

目前海岸工程实验室中几乎都采用推板或摇板式生波机产生实验研究所需要的波浪。对于波浪、潮流、泥沙模型而言,这种生波机有两个缺点：一是妨碍潮流、泥沙的运移,二是产生二次反射使波浪场失真。是向水面喷压气体的气压装置来产生波浪,用于波浪、潮流、泥沙模型,可以避免上述两个缺点。本文通过数值模拟,认为这种方法是可行的。     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。     

浮力摆式波浪能发电装置模型试验

设计了一种浮力摆式波浪能发电装置,并根据其原理在实验室中开展比例模型试验。介绍了该装置的设计原理、试验原理,试验设计以及数据处理与结果分析,并在实验室模拟波况下,绘制出了波浪能装置的转换效率曲线。试验显示,该波浪能发电装置具有性能稳定,能量转换效率较高,能适应小波浪发电等特点。     

滩海工程模拟实验室主要性能与特色

介绍了滩海工程模拟实验室设计思想与功能特色。该实验室可进行浪、流、潮汐、风及泥沙等海洋环境因素的联合模拟,尤其是具备近真往复潮流系统,可以开展相关工程模拟试验和理论研究,已完成了多项国家及省部级研究课题。     

一种涵道双向泵叶轮浪流发电装置的研究分析

为解决海洋波浪能和潮流能耦合利用的问题,提升浪流发电装置的发电效率,上海海洋大学课题组设计了一种新型涵道双向泵叶轮浪流发电装置。主要对轴流泵的工作原理进行理论分析,阐述将轴流泵排水原理应用于浪流发电装置捕获浪流能的可行性,基于轴流泵叶片设计原理,设计出一种可以双向捕获浪流能的叶片。经数据仿真和水槽实验进行验证,得出涵道双向泵叶轮浪流发电装置可以在浪流流速v=0.5 m/s工况下浪即可启动,满足低流速启动要求,发电效率最高为23.7%。     

滩海工程模拟实验室主要性能与特色

介绍了滩海工程模拟实验室设计思想与功能特色.该实验室可进行浪、流、潮汐、风及泥沙等海洋环境因素的联合模拟,尤其具备近真往复潮流系统,可以开展相关工程模拟试验和理论研究,已完成了多项国家及省部级研究课题.     

一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究

为了进一步提高潮流能的利用率,提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理,利用结构力学、流体力学和CFD相关方法,对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究,从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计,并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示,海流高潮期装置最大发电功率可达到980 W,一天内大约有4个缓潮期,此间发电功率明显下降,但持续时间不长,总体平均发电功率在800 W上下;同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右,有着良好的低速启动性能。     

基于漂浮平台的潮流能水轮机阵列优化

为开展基于漂浮式电子信息平台的潮流能提取装置（水轮机）的布置方式优化研究,本文建立潮流与水轮机阵列及漂浮电子信息平台立柱相互作用的三维计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型,考虑漂浮平台水轮机组阵列并列和错列两种布置方案,分析立柱扰流对水轮机阵列流速的干扰和水轮机间尾流的相互影响,为后续的潮流能发电装置在海洋装备上的一体化设计提供数据支撑。对比分析结果表明：在设计流速0.8 m/s下,当来流角度达20°时,并列布置的平均功率系数下降35.97%,最小功率系数为0.023;而错列布置平均功率系数下降24.70%,最小功率系数为0.071。同时,结合水轮机组的设计流速下叶轮横截面流场速度分布图和水轮机尾流场水平面流速分布情况,水轮机阵列采用错列布置比并列布置布局方式更优,尾流效应影响更小,潮流能利用效率更高。     

双向直驱式潮流能发电轮机性能实验研究

针对潮流能双向来流的特点及当前潮流能发电轮机的研究现状和存在的问题,提出了一种新型的双向直驱式发电轮机。叶片基本翼型为S型,并对其进行受力分析,得到相应的计算公式,结合叶片翼型厚度和形状约束,求解出各个截面的形状,并三维建模形成一种新型"S"翼型轮机。轮机两端安装具有防水性能的永磁发电机,外侧增设双向导流罩,构成双向直驱式发电轮机装置模型。在水槽实验中,首先找出不同的模拟流速下获取功率的最佳负载阻值,在此基础上收集了转速及功率数据,绘制尖速比-获能系数关系曲线图和流速—获能系数关系曲线图,可以论证尖速比的取值对获取最佳功率的重要性,同时该翼型轮机具有良好的空载启动性能及双向吸收来流的能力,2 m/s流速下获能效率最大值接近40%。     

黄河口近60年来潮流特征演化过程

本文利用 1962 年、1986 年以及 2015 年的三个典型年代的实测资料建立黄河口数学模型，并对河口潮流场和潮流特征进行模拟，借用 MATLAB 软件进行分潮调和分析，得到黄河口近 60 年潮流特征以及各个阶段的潮流演化过程，得出以下结论：（1） 1962 年河口流场较为平整，有明显切变锋形态，该阶段存在两个较为明显的高流速区并且潮流在河口处呈现为往复流；（2） 1986 年黄河三角洲岸线曲折多拐，从湾湾沟到清水沟滋生了多个小型高流速区群，并且潮流在滨海处呈现往复流的形态而在远海处为旋转流； （3） 2015 年涨落潮时潮流在河口处形成明显的环流，此时在沿线凸出沙嘴处会形成 3 个明显的高流速区,并且潮流在大部分区域呈现旋转流而在河口东北向远海处部分区域呈现往复流的特征.     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

潮流能发电装置在航标灯供能中的应用与仿真研究

通过对比几种可再生能源的优缺点,提出了一种专供水中航标灯使用的垂直轴潮流能发电装置。该装置使用一套上下共轴反置的Savonius叶轮作为捕能装置。当水流流过时,叶轮转动并带动发电机发电。为了提高Savonius叶轮的发电效率,对叶片进行了流体仿真优化,得出2叶片Savonius叶轮受到更大阻力和转矩的结论。最后设计了整体结构图,该装置安装在航标灯上可以利用潮流、水流进行发电,以实现航标灯对电能需求的自给自足。     

水平轴潮流能发电装置控制流程设计

以正在研制的水平轴潮流能发电装置为对象,开展了工作流程控制方法的研究工作。建立了基于叶素-动量理论的动力特性仿真模型;利用仿真模型考察了发电装置的启动转矩和转速特性,以及流速大于额定流速条件下的功率限定问题,制定了基于发电机输出电压的启动控制策略和基于发电机输出功率的功率限定控制策略。根据控制策略,设计了装置的控制流程。结合潮流变化情况,对控制流程进行了仿真。仿真结果表明,基于发电机输出电力参数的控制流程能够较好地实现对发电装置的控制。     

潮流能发电装置现状分析

潮流能是海洋新能源中相对稳定且可提前预报的一类,较传统的拦坝式潮汐能开发具有环境影响小、开发规模灵活等优点,其大力发展可为海岛经济发展和海洋观测设备提供能源。文章对潮流能发电技术的研究现状进行了总结分析,详细介绍了水平轴、垂直轴和其他形式潮流能发电装置的构造以及国际上主流装置的设计参数和试验示范情况,重点对比分析了不同类型潮流能发电装置的特点和技术参数,简要总结了我国潮流能示范电站安装运行情况,并对其装置类型、导流罩作用以及布放形式等内容进行了讨论,可为我国潮流能资源的开发利用和潮流能装置测试区建设提供科学参考和设计依据。     

泉州湾潮流场的数值模拟研究

本文建立了水深平均的二维潮流数学模型,并利用该模型对泉州湾潮流运动进行了数值模拟研究,模拟的潮位过程、流速与流向均与实测值吻合良好。模拟结果演示了湾口至湾顶潮差逐渐增大、潮位滞后、涨落潮历时变化的特性以及湾内的流速、流态分布特征,表明了湾内潮流为正规半日潮,主航道内流速大于周边地区,潮流较强区域位于鞋沙南北潮沟,南槽流速大于北槽,口门内潮流具有明显的往复流特性,口门外潮流具有一定的旋转流性质。     

水平轴潮流能叶轮叶片数量分析研究

叶片数量是水平轴潮流能发电叶轮的重要技术参数,对水平轴潮流能发电装置叶轮叶片数量问题进行了研究;利用叶素—动量(BEM)理论的Wilson方法设计了2叶片和3叶片两种水平轴潮流能叶轮,两种叶轮的直径、额定工作流速、启动工作流速、最大工作流速等参数一致,控制策略均采用调桨距角方案;利用WT_Perf对模型的合理性进行了验证;利用建立的仿真模型,从功率系数、发电量、轴向推力、启动力矩等4个方面,分析对比了2叶片叶轮和3叶片叶轮的特性;对比结果表明,对于流速较低的海域,使用2叶片叶轮的方案具有一定优势,符合装置实际使用情况。     

潮流能发电装置支撑结构对水轮机水动力学性能影响研究

水平轴潮流能水轮机在工作过程中,由于支撑结构的存在,会使水轮机周围流场中的潮流流向、流速等参数发生不同程度的改变,进而影响水轮机的性能和发电装置的稳定性。为了研究支撑结构对水轮机水动力学性能的影响规律,以某100 k W单立柱座底式潮流能发电装置的支撑结构为研究对象,采用CFD方法,分别在正、反向来流时采用不同支撑结构的共六种工况下,对潮流能水轮机模型的获能和受力进行数值模拟。通过水槽模型试验,验证数值模拟的可靠性。研究结果表明:支撑结构对水轮机的水动力学性能的影响不容忽视,针对所研究的支撑结构,在正向来流时水轮机的获能系数降幅约30%,轴向力系数降幅约28%;反向来流时的降幅更大,分别约为63%和41%。     

南海西边界ADCP观测海流的垂直结构

采用多种数据处理方法,分析了南海西南陆架西边界处定点连续观测站上的海流记录。正压潮流的调和分析结果表明该海域以日周期潮流为主,潮流椭圆随深度旋转。去潮后流速垂直结构的奇异值分解(SVD)证实观测点的流速结构存在不同的垂向模态,第一模态对应平均流的变化部分,第二模态含有倾向性变化部分,双日周期变化在各个模态中均较明显。对各观测层流速进行小波分析,进一步发现观测流的频率构成具有垂向变频和同一层次频率漂移的特征。     

波浪对潮流能水轮机性能测试影响的实验研究

随着潮流能开发利用技术日趋成熟,对其测试工作也提出了更高的要求。然而,在潮流能装置性能测试中,波流相互作用的影响往往被忽略,导致测试结果不准确。为了研究波流相互作用对测试的影响方式与程度,采用物理模型试验的方法,对垂直轴潮流能发电装置模型进行了试验研究。通过分析波流作用下装置的扭矩、转速及发电功率,发现波流与发电装置耦合作用明显,相比不存在波浪影响的情况下,叶轮的转动、主轴的扭矩都变得不规则,启动流速变小,同时,扭矩、转速及发电功率的瞬时值显著增大。测试结果表明,波流相互作用对装置性能测试影响显著,平均影响程度约10%,研究结果为今后潮流能发电装置性能测试标准的制定和完善提供了参考和依据。     

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对大亚湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究,模拟结果与实测值吻合较好。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明,大亚湾海域的潮流性质以不正规半日潮为主,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈南-北方向,落潮流速比涨潮流速大,其中表层M2分潮最大流速为25.3cm.s-1。流速受地形的影响,在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大,尤其在湾的东北角狭长地形处流最急,流速最大;靠近岸边流速较小,水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小,海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。