非对称垂荡式振荡水柱波能转换装置的水动力性能

为提升波能转换装置的经济竞争力,针对非对称垂荡式振荡水柱（OWC）波能转换装置,基于势流理论和匹配特征函数展开法,通过引入盖根堡多项式近似表征结构尖角附近的流场奇异性行为,深入研究后墙吃水深度（非对称）、墙体厚度和线性弹簧系数对垂荡式OWC装置的波能转换效率、透射系数、气室内平均液面高程等水动力参数的影响规律。研究结果显示,后墙吃水深度及墙体厚度的增加会提升装置在长波区域的高效转换能力,并且显著提高结构物整体阻波防浪性能;线性弹簧的出现,能调节水柱振荡和结构垂荡运动响应之间的相位差,从而有效拓宽垂荡式OWC装置的高效频率带。     

集成于方箱防波堤的双气室振荡水柱波能装置转换效率研究

为实现建造、运行和维护等方面的资源共享,将振荡水柱(oscillating water column,简称OWC)波能转换装置与现有海工结构集成耦合,已成为目前海洋波浪能转换利用的热点问题。以集成于方箱防波堤的双气室OWC装置为研究对象,借助开源代码平台OpenFOAM和造/消波工具箱waves2Foam,采用流体体积法(VOF)捕捉自由面和6自由度(6DOF)动网格求解器模拟垂荡运动响应,对在不同规则波作用下,中墙相对宽度、中墙相对吃水对装置波能转换效率及水动力特性的影响进行数值研究。结果表明,较大的中墙相对宽度能够增强装置的波能转换效率(ξ_total(max)=73%)、降低结构物的相对垂荡位移并对装置前后气室内水柱的振荡幅度与压强变化产生影响;增加中墙相对吃水能显著提高气室在中高频波段波能提取效率(ξ_total(max)=78%),并显著拓宽气室的高效频率带宽(0.9≤ω²h/g≤2.2)。     

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

为了研究真实海域中振荡水柱（OWC）波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。     

筏式波浪能发电装置浮体水动力相互作用与能量俘获研究

基于三维势流理论,建立筏式波浪发电装置多浮体水动力模型。利用AQWA水动力软件研究多浮体水动力相互作用对发电装置浮体单元水动力系数的影响;将能量转换系统等效成刚度-阻尼模型后,对其进行不规则波时域模拟,对比分析方向谱和频率谱波浪模型对波浪发电装置能量吸收的影响。结果表明:浮体之间的水动力相互作用对浮体单元纵荡方向上的附加质量与辐射阻尼系数有明显的影响,对垂荡和纵摇方向上的水动力系数影响较小;不同的波浪模型下,能量俘获功率有着较大的差别,特别是在迎浪状态下。     

OWC波浪能采集气室内水动力学压强分析

振荡水柱(Oscillation Water Column,OWC)是近年来发展较快的波浪能采集技术,该装置主要由箱体、振荡水柱和压缩空气柱组成,而波浪在气室内产生的压强对能量转换效率等起到决定作用。结合三维侧向开口的振荡水柱波能转换装置,基于线性波理论,采用三维Green函数法建立了气室内水气动力学性能的空气压强理论计算模型,利用多维切比雪夫(Chebyshev)多项式求解,计算结果精度高,能够准确表达波浪和结构设计参数对气室内压强影响。依据理论计算模型分析了波浪周期、波长、吃水深度、入射波幅等参数对气室内压强作用。     

基于主客观权重集成法的OWC装置波能转换效率评价

OWC装置的结构形式繁多,共振周期也各不相同,全面合理地评价OWC装置的工作性能具有重要的现实意义。为优化OWC装置的工程选型,文章基于主客观权重集成法,分别采用层次分析法和熵值法计算峰值波能转换效率、一级衰减和二级衰减3个指标的主观权值和客观权值,并通过优化模型进行组合,从而确定综合权值;利用3个指标的综合权值,对4种不同结构的OWC装置的平均波能转换效率进行评分,并对评分结果进行验证和分析。研究结果表明:在所选的4种装置结构中,圆截面U-OWC的评分最高,即具有最高的平均波能转换效率;与传统OWC结构相比,U-OWC结构的平均波能转换效率较高,在实际工程中有更好的表现,在满足条件时宜优先采用。     

船体摆式波能转换装置外形优化

为提高波能转换装置的生存能力,提出了一种新型的船体摆式波能转换装置:将所有活动部件封装在船体中,避免海水腐蚀;装置漂浮在海上,依靠船体与内部摆的相对转动转换能量,减少海工结构成本,便于拖曳回港口维修;采用液压PTO将机械能转换成电能输出。使用Fluent软件搭建数值波浪水槽,分析抛物线、双曲线、椭圆三种外形装置的水动力特性,并进行外形优化,结果表明:三种外形的船体摆式波能转换装置在波浪中均能够产生垂荡、纵荡、纵摇运动的动力,发电原理可行;船体采用不对称结构能够对波浪起到截止作用,减小能量向后辐射,光滑曲线外形可以减小旋涡造成的能量损失;椭圆形船体能够获得更大的纵摇水力矩,捕能效果更好。     

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

离岸式振荡水柱气室参数CFD优化设计

采用计算流体动力学分析(CFD)技术研究离岸式振荡水柱波能转换装置的设计参数优化问题。首先,借助FLUENT软件用户自定义函数功能(UDF)并运用动边界造波及多孔介质消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽,然后,将水槽的分析方法应用于振荡水柱气室仿真研究。结果表明:离岸式振荡水柱气室在发生共振时转换效率最高,气室内液面升降幅度随着波能转换装置的前墙入水深度、厚度以及气室宽度的减小而产生较明显的增大;相对于前墙尺寸,气室宽度对波能转换装置的能量转换功率影响较大。     

不同地形下单浮子集成装置水动力性能研究

为探讨不同地形特征对单浮子集成装置水动力特性的影响,本文基于黏性计算流体动力学理论,应用Star-CCM+软件建立二维数值波浪水槽,研究了规则波作用下受不同地形影响的单浮子式防波堤与波能转换装置集成系统的水动力性能.结果表明:在低频区,不同地形下单浮子集成系统的波能转换效率均大于无地形影响下单浮子集成系统的波能转换效率...     

微囊藻和栅列藻吸收与散射特性的实验研究

利用分光光度计,分别检测不同浓度梯度的微囊藻和栅列藻的光束衰减系数、吸收系数等。根据线性加和关系计算出2种藻的散射系数。结果表明,400～650 nm光束衰减系数大致呈下降趋势,之后又逐渐上升.在675 nm附近出现由于浮游植物吸收而形成的峰值,微囊藻、栅列藻的c*(675)分别为(0.075±0.007)m~(-1)、(0.079±0.007)m~(-1)。微囊藻、栅列藻吸收系数、比吸收系数在440、675 nm存在明显的吸收峰值,PAR波段积分平均比吸收系数分别为0.0172、0.0178 m~2/(mgCh1a)。散射系数在440、675 nm一般出现谷值,而在550、700 nm一般为峰值。微囊藻、栅列藻PAR波段积分平均比散射系数分别为0.0686、0.0737 m~2/ (mgCh1a),比散射系数明显大于比吸收系数。另外,栅列藻比散射系数均要大于微囊藻.而其比吸收系数则差异不明显。微囊藻、栅列藻吸收系数与叶绿素a浓度存在非常好的线性关系,显示其不存在色素包裹效应。微囊藻、栅列藻平均Q*.值分别为1.13、1.19.均大于1.包襄因子的分析也证明不存在色素包裹效应。实验条件下得到比吸收系数、比散射系数可以用于计算浮游植物的吸收和散射系数。     

Hydrodynamic coefficients of a harmonically oscillated tower

A tower hinged at the bottom was oscillated mechanically in a sinusoidal fashion in a plane in still water. An instrumented section in the tower measured the inline and transverse forces locally on the tower due to the hydrodynamic effects. These forces are analyzed for the added mass, drag and lift coefficients which are presented as functions of Keulegan-Carpenter and Reynolds number. The lift force frequencies are also investigated. The measured overall reactions on the tower are used to verify the values of the local coefficients. The results presented here are not only applicable to articulated towers but to other moving elements of an offshore structure, e.g. risers, tension-legs, etc.     

三阶海浪波高分布及其应用

在三阶海浪非线性波高分布模式的基础上，引进描述分布函数结构形式的重要统计量，即概率分布的离差系数与偏差系数。给出这两个统计量与非线性控制参数之间的解析关系式，从而给出了反映风浪不同状态下的波高分布特征。与传统的瑞利分布相比，本文的结果有更广泛的实用意义。并把理论结果应用于黄河口波浪统计学的研究。     

Normalization of Hydrodynamic Coefficients in Morison Equation

-The hydrodynamic coefficients C_d and C_m are not only dependent on the size of slender cylin-der,its location in water,KC number and Re number,but also vary with environmental conditions,i.e.,in regular waves or in irregular waves,in pure waves or in wave-current coexisting field.In this paper,thenormalization of hydrodynamic coefficients for various environmental conditions is discussed.When aproper definition of KC number and proper characteristic values of irregular waves are used,a unified re-lationship between C_d,C_m and KC number for regular waves,irregular waves,pure waves and wave-cur-rent coexisting field can be obtained.     

南沙群岛海域近海面粗糙度、中性曳力系数及总体交换系数研究

根据 1 994年 9月 1 8— 30日南沙群岛海域渚碧礁的近海面大气湍流观测实验资料 ,分别计算了该海域光滑海面和粗糙海面上的空气动力粗糙度 (z0 )、中性曳力系数 (CDN)。利用Brutsaert的假定 ,推导了一组求取标量粗糙度 (zT,zQ)、整体输送系数 (感热交换系数CHN、水汽交换系数CEN)的公式。在此基础上分别计算和分析了该海域近海面光滑海面和粗糙海面上z0 ,zT,zQ,CDN,CHN,CEN 及它们关于水平风速u分量的分布 ,并得到了一些有意义的结论。     

黄海、东海海区水体散射特性研究

半分析模型是水色遥感反演算法的研究热点,而水体后向散射系数对建立半分析水色反演模型是非常重要的参数.通过对黄海、东海海区的水体固有光学量测量数据进行分析,得到水体总后向散射系数与水体总散射系数的关系为乘幂关系,颗粒物后向散射系数随光谱变化的指数在高低浑浊度水体有很大差异,并初步得到黄海、东海海区水体的后向散射系数与总悬浮物浓度的关系,从而为水色半分析模型建立和水光学辐射计算提供一组散射特性模型.     

A highly wave dissipation offshore breakwater

The aim of this paper is to develop an offshore breakwater, for which coefficients of both the wave reflection and transmission have low values. The breakwater is suggested to compose of n layers of porous materials with different porosities. A complex eigen function method is used in the theoretical analysis. Continuities of both mass flux and fluid pressure are assumed at interfaces between every two adjoining porous materials and at the interface between end materials and water region. Following a series of mathematical processes, the coefficients of the wave transmission and reflection along with the wave energy loss are calculated. The porosity of materials is varied in computations; and results are compared among structures composing of different layers of porous materials. A single layer offshore breakwater is shown to reduce simultaneously the coefficients of transmission and reflection only when the structure is very wide in the direction of wave propagation, and the structure material has a high porosity. A multilayer breakwater, however, can function well in reducing both coefficients at a much narrower width; structure having more layers can be more effective at narrower width. Finally, several experiments are conducted; theoretical computations and experimental results agree well.     

南海毛蚶形态特征对体重的相关分析

随机选取同龄南海毛蚶Scapharca subcrenata雌性62只、雄性59只,测量壳长、壳厚、壳高、后闭壳肌直径、放射肋数及活体重。采用通径分析方法研究南海毛蚶5个形态特征对体重的总效应,并以综合决定系数为确定形态性状重要性的准则。结果表明,两性中壳厚、壳高和壳长与体重均为正相关(p<0.01),直接和间接途径都不是体重的限制因素。壳厚、壳高的平均综合决定系数分别为0.423和0.412,是影响体重最主要因素且都具有育种意义。     

部分反射直墙前潜堤水动力特性研究

基于线性势流理论,对部分反射直墙前潜堤的水动力特性进行了理论研究。利用匹配特征函数展开法给出了潜堤透射系数和反射系数的计算方法,计算结果与边界元方法的计算结果一致。利用数值算例分析了潜堤透射系数和反射系数的主要影响因素。增大部分反射直墙的反射系数,将加大潜堤的透射系数。随着潜堤相对宽度或潜堤与直墙之间相对间距的增加,潜堤透射系数和反射系数呈周期性变化,但变化规律相反。     

双挡板透空堤透浪与反射系数实验研究

设有挡浪板结构的透空式防波堤适用于水深较大的海域,且具有较好的消浪效果。采用物理模型试验,探究具有双侧挡浪板结构的透空式防波堤透浪系数与反射系数的影响因素与规律,研究包括外侧与内侧挡浪板入水深度,水平板板宽,结构上部挡浪墙的高度与位置,水平板超高与波浪要素等因素。通过比较各家透浪系数的理论计算公式与实验结果,进行透浪系数的计算方法研究,给出修正Wiegel公式拟合双侧挡浪板透空式防波堤的透浪系数计算公式,供工程设计参考与进一步研究。