基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。     

基于实测资料的钦州湾外海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2019年7月钦州湾近海海域3个站位的同步潮流资料进行了分析。结果表明：V2测站为不规则全日潮流,V1、V3测站为不规则半日潮流;三个测站均呈现明显的往复流特征,其中,V1和V2测站为N～S向,V3测站为ENE～SW向;除小潮期外,三个站位涨潮流均小于落潮流,平均流速均较小;各主要分潮流基本以K₁、O₁全日分潮流和M₂半日分潮流为主,其次是S₂半日分潮流;垂线平均余流,最大值出现在大潮期间V2测站,达15.7 cm/s,方向为61°。     

潮流能装置年发电量估算方法研究

基于潮流能装置发电特性,通过分析在装置运行过程中由短期现场监测获得的潮流数据和电功率输出数据,实现对装置全年发电量的估算,并结合实测数据对分析方法进行了说明。本方法得到的估算结果,可作为装置运行效果的客观评判依据。此方法对波浪能装置年发电量的估算同样适用。     

海洋潮流能资源估算方法研究进展

综述了近15 a来国内外海洋潮流能资源评估方法的研究进展,介绍了英国、美国和加拿大等发达国家的潮流能资源评估方案.重点比较和评述了现有的4种潮流能资源计算方法的特点、异同和优缺点,在此基础上,提出了我国近海海洋潮流能估算的思路.另外,还对国际上主要的潮流能开发装置进行了分类介绍.     

单桩式水平轴潮流能机组桩基影响研究

随着社会的迅速发展,人类对能源的需求不断增加,随之而来的环境问题也越发严重。海洋潮流能作为一种长期可再生且贮藏量巨大的清洁能源而成为各国重点研究对象。基于Flow-3D软件建立了单桩式水平轴潮流能机组的三维数值模型,采用所建模型模拟分析了不同桩基位置和叶轮安装高度时的水动力过程并对计算结果进行对比分析,从叶轮转速、叶轮受力和尾流场等角度进行分析讨论。数值结果表明:与其他桩基础布置方式相比,当桩基础在叶轮之前时,叶轮动能增加了约6%,叶轮受力降低了约9.5%,且叶轮受力的振幅增大。桩基布置形式对于尾流场整体影响较小。当安装高度增大时,叶轮动能和受力也随之增大且增幅迅速降低。     

基于实测数据的全球波候研究

利用近20a(1993—2011年)卫星高度计的实测数据分析了年平均海浪的空间特征及海浪的多年变化趋势。研究结果表明:海浪的大值分布路径与风场的大值分布有明显的一致性,风场是影响海浪空间分布的重要因素。海浪在北太平洋有明显的减小趋势;在东北大西洋有弱的减小趋势,与此相反,西北大西洋的海浪有明显的增加趋势;海浪在印度洋、大西洋的低纬度区域及太平洋东岸的低纬度区域有弱的增加趋势;在30°S～45°S的南太平洋区域增加趋势较强。     

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。     

基于实测数据的台湾海峡中部波浪特征分析 *

利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。     

基于实测数据的海上风电结构动力响应分析

地震是危害海上风电结构作业安全的重要环境因素,目前,国内尚未公开发表真实地震响应下,海上风电结构的实测动力响应数据。分析了某地震活动区海上风电结构的实测地震响应,采用随机子空间识别方法进行风机的模态识别,阐述了风机机舱偏航将引起前后、左右两个正交方向振动的耦合,并从理论上证明了利用耦合、解耦数据识别模态参数的差异。结果表明：1）耦合与解耦信号识别的频率、阻尼比完全相同,而耦合信号识别的模态振型与偏航角有关;2）地震作用会对结构产生巨大冲击;3）非地震作用下,风机塔筒前后、左右第一阶弯曲模态为主要模态,地震作用可以激发风机的高阶模态,使得塔筒中上部而不是顶部的振动响应最大。此分析对地震活动区海上风电结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

基于遗传算法的潮流能水轮机叶片翼型优化设计研究

为了得到高性能的潮流能水轮机叶片翼型,本文在分析潮流能水轮机叶片翼型设计方法和设计要求的基础上,以NACA4418翼型为初始翼型,采用儒可夫斯基保角变换的方法对翼型进行参数化建模,以最大升阻比为目标函数,通过设定设计变量、施加约束条件等对初始翼型进行优化设计,采用MATLAB软件编程遗传算法进行全局寻优求解,寻找到最优解后,采用CFD(Computational Fluid Dynamic)软件Fluent对NACA4418翼型和优化翼型进行翼型绕流数值计算,比较数值计算结果表明,优化翼型相比于初始翼型升力系数和升阻比都有所提高。     

基于非规则网格模型的全球潮流能评估

利用网格有限体积海洋模式,在非规则网格模型中考虑内潮黏性和自吸−负荷潮联合作用,建立了包括M2、S2、N2、K1、O1、Q1共6个分潮的天体引潮力驱动全球纯动力潮汐模型。在全球潮汐模型结果验证的基础上,系统计算和统计评估全球潮流能平均密度,并给出全球范围内潮流能较大区域的潮流能分布。结果显示,英吉利海峡处存在面积接近33 000 $ {{\rm{k}}{\rm{m}}}^{2} $,最大潮流能密度达到1 100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $的大潮流能带;加拿大巴芬岛西侧海域最大潮流能密度超过了1 150 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;阿拉斯加沿海库克湾海域最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;俄罗斯白海入口处潮流能带面积较大,最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;澳大利亚沿海潮流能带面积不大,但数量众多,潮流能密度普遍超过了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;中国近海在长江口杭州湾海域以及台北以北海域潮流能密度达到了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $。     

水平轴潮流能水轮机数值模拟方法对比分析

叶素动量理论和CFD方法是水平轴潮流能水轮机性能分析中运用较为广泛的数值模拟方法,文中结合小尺寸水轮机模型试验,对比分析了叶素动量理论和CFD方法在水轮机性能分析中的准确性和适用性.验证结果表明:叶素动量理论和CFD方法均能对水轮机的性能进行预报,且CFD精度高于动量叶素理论;大尖速比时,动量叶素理论偏离较高,不再适合性能预报;在小尖速比下,建议采用RNGk-ε模型的CFD方法进行分析计算;动量叶素理论适合设计初期设计方案的对比分析,而CFD方法适合对设计结果的验证校核和详细分析.     

一种浮式潮流能水轮机载荷试验模拟方法

考虑潮流能水轮机模型试验中相似准则难以满足的问题,基于模型水轮机载荷的低频率、相对小量级的特点,提出一种新的方法等效模拟海洋潮流能水轮机载荷特性。该方法基于水流喷射,利用水流反作用力模拟水轮机载荷。搭建了潮流能载体水轮机载荷模拟试验平台,开发了相应的测试技术,进一步论证了载荷模拟结果在时域和频域上与水轮机载荷的对比一致性,期望为相关研究人员提供技术支持。     

潮流能资源区划评价指标优化及方法研究

我国潮流能资源较为丰富,应对潮流能进行综合评价,为规划开发利用提供参考依据,而资源评价是其中的重要方面。通过主成分分析法对22个区域潮流能资源相关的8种特征要素进行分析,提取了4个主要特征成分作为评价指标,并结合谱系模糊聚类分析法,利用适宜的相似矩阵计算方法得出资源分区结果,确定了评价指标优化的科学性和区划方法的可行性。     

基于多目标遗传算法的潮流能水轮机专用翼型优化设计

根据潮流能水轮机的工作条件与技术要求,开发新型潮流能水轮机叶片专用翼型。建立多目标优化模型,采用遗传算法进行寻优求解,得到最大相对厚度范围为12.6%～38.8%的五种新翼型,构成潮流能水轮机叶片专用翼型族系列。开发了水平轴潮流能水轮机设计软件,搭建潮流能水轮机叶片翼型数据库,通过在潮流能水轮机设计软件中调用叶片翼型数据,为潮流能水轮机叶片设计提供方便。     

基于浮标实测数据的WindSat海洋反演产品精度分析

To evaluate the ocean surface wind vector and the sea surface temperature obtained from Wind Sat, we compare these quantities over the time period from January 2004 to December 2013 with moored buoy measurements. The mean bias between the Wind Sat wind speed and the buoy wind speed is low for the low frequency wind speed product(WSPD_LF), ranging from –0.07 to 0.08 m/s in different selected areas. The overall RMS error is 0.98 m/s for WSPD_LF, ranging from 0.82 to 1.16 m/s in different selected regions. The wind speed retrieval result in the tropical Ocean is better than that of the coastal and offshore waters of the United States. In addition, the wind speed retrieval accuracy of WSPD_LF is better than that of the medium frequency wind speed product. The crosstalk analysis indicates that the Wind Sat wind speed retrieval contains some cross influences from the other geophysical parameters, such as sea surface temperature, water vapor and cloud liquid water. The mean bias between the Wind Sat wind direction and the buoy wind direction ranges from –0.46° to 1.19° in different selected regions. The overall RMS error is 19.59° when the wind speed is greater than 6 m/s. Measurements of the tropical ocean region have a better accuracy than those of the US west and east coasts. Very good agreement is obtained between sea surface temperatures of Wind Sat and buoy measurements in the tropical Pacific Ocean; the overall RMS error is only 0.36°C, and the retrieval accuracy of the low latitudes is better than that of the middle and high latitudes.     

海上试验场潮流能发电装置综合测试与评价方法分析

通过对潮流能装置的功率输出特性、年发电量、能量转换效率3项核心指标进行分析,提出指标的测试内容和评价方法,为实现潮流能海上试验与测试场建设提供技术依据;并根据对海上风电场的研究,提出了海上试验场潮流能装置的电能质量测试与评估方法;给出潮流能装置安全准入的测试内容,全面评估试验场潮流能装置的运行状态。     

成山角潮流能的初步估算

一、前言近200年来,能源在人类发展工农业的历史中起着非常重大的作用。自本世纪七十年代以来,工业化国家受到石油危机的冲击。因此,新够源的开发,已成为各国工业发展必须解决的重大问题之一。我国自建国以来,工农业生产有了很快增长。但是,由于生产的迅速发展和人民物质文化生活水平的提高,能源的供应不能适应要求。     

航行船舶利用潮流能的研究

本文基于船舶在流场中航行的理论及潮流场对船舶作用的原理,对给定航线的潮流状况结合主机油耗作数值计算,提出了航行船舶利用潮流能节约能源的初步研完成果。 虽然潮流能的品位低于潮汐能,但它用于航行船舶节能有显著实效,在开发利用海洋能方面有其实际意义。