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。     

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。     

海工构筑物海洋能集成利用技术探讨

将海工构筑物作为海洋能获能装置的安装载体可大幅降低海洋能发电的成本,同时,海工构筑物等海上设施客观上存在利用海洋能实现能量供应的需求,因此海洋能发电装置与海工构筑物相互结合具有良好的综合效益,将是未来海洋能利用的一个发展方向。针对波浪能和潮流能两种海洋能发电方式,分别对柔性叶片潮流能水轮机与进海路集成利用技术;垂直轴和水平轴潮流能水轮机以及振荡浮子式波能装置与导管架石油平台集成利用技术;OWC波能装置与沉箱防波堤集成利用技术进行了探讨,并提出海工构筑物海洋能集成利用技术中需要解决的几点问题。     

不规则波作用下OWC沉箱气室捕能效果研究

沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置是1种新型的港工建筑物,它是集合了防波堤与岸式振荡水柱波力发电装置的共性特点设计而成.本文主要是在物理模型的基础上,研究沉箱气室捕能效果.试验中主要采集了沉箱气室内的波高、气压以及输气管的空气流速等数据.     

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。     

分层斜坡越浪式波能发电装置结构受力试验研究

分层斜坡越浪式波能发电装置作为一种重要的波能转换型式,在开发利用波浪能的同时,可与防波堤或护岸工程相结合,将海岸工程的被动消能变为主动吸能,提高综合效益。在实际工程应用中,分层斜坡越浪式发电装置引浪面在波浪荷载作用下的安全性成为首要问题,由于其引浪面与防波堤或护岸的护面对水体磨阻影响不同,因此水体对结构的作用力不同,已有的斜坡式防波堤所受波浪荷载的研究无法用于指导分层斜坡越浪式发电装置引浪面的结构强度设计。通过水工物理模型试验,对分层越浪装置引浪面在不同波况条件下的结构受力进行研究分析,获得越浪装置引浪面上点压力及波浪力的分布规律,为装置的结构设计提供理论指导及设计支持。     

两种型式的波能装置-浮式防波堤水动力性能比较研究

波能装置-浮式防波堤是将浮式防波堤与波能转换装置集成,兼具防波消浪和捕获波浪能的集成装置,能够有效降低单一功能波能转换装置的成本。研究者们提出了许多波能装置-浮式防波堤的结构型式,其中非对称式浮体结构相比于对称式浮体结构,在单向入射波的水动力性能方面拥有一定的优势。本文针对导桩锚泊的非对称式方箱-三角形挡浪板和方箱-垂直挡浪板两种浮体结构型式,通过数值模拟的方式,对比分析其水动力特性和波能俘获特性。数值模型基于黏性流体理论,以Navier-Stokes方程为控制方程,并采用VOF方法和浸没边界法求解自由面边界和流固耦合作用,探究不同入射波周期、水深和浮体排水条件下集成装置水动力性能（消波特性、能量耗散特性和波能俘获特性）变化趋势。结果表明,在近岸波浪条件下（5～8 s）,垂直挡板型式集成装置适用于较小周期波浪（5～6 s）,而三角挡板型式集成装置适用于较大周期波浪（6～7.5 s）。随着水深增大,波能俘获比总体上呈现缓慢增长的趋势。在主浮体吃水相同的情况下（排水量不同）,两种结构的透射系数基本一致;而在排水量相同（主浮体吃水不同）的情况下,垂直挡板结构型式的防波效果更好,三角挡板结构型...     

复杂地形下岸式波能装置的水动力学计算

本文从线性势流理论出发,用格林函数法对带前港的岸式波能装置(下简称岸式装置)作三维水动力分析,分析时考虑了岸式装置附近的复杂地形的影响。计算结果表明,复杂地形的影响是相当大的,不可忽略。     

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)。     

振荡水柱波浪能采集气室引浪通道CFD优化设计

振荡水柱(Oscillating water column,OWC)波浪能采集装置气室底部引浪通道对波浪能采集效率具有重要意义。基于流体动力学分析(CFD)技术研究OWC装置气室底部轮廓的优化问题,在ICEM CFD仿真分析系统中建立4种气室底部结构的二维引浪通道模型,应用FLUENT软件流体分相处理及明渠造波法和数值沙滩消波方法建立基于线性波浪理论的二维数值波浪水槽。仿真分析显示,圆形底部轮廓OWC气室较其它3种轮廓结构的气室墙壁受到压力小,形成的反射波小,波能损失小,气室出口速度快由此形成的气室压力大,波能转换效率高。