柱对称双浮子波能装置散射问题的解析方法

通过构造绕射势特解的一种新表达式,基于特征函数展开法提出了线性入射波作用下柱对称双振荡浮子波能装置散射问题的一种新的表达式,并在此基础上计算了垂向波浪激励力.从速度势的求解过程可知,绕射势和辐射势的计算量相当,但垂向波浪激励力的计算比采用Haskind关系方法简单得多,两种方法的结果一样.另外对不同工况下垂向波浪激励力的变化趋势进行了分析.     

同轴双浮子波能装置水动力特性研究

本文对同轴双浮子波能发电装置进行了深入研究。采用Fortran语言对AQWA进行二次开发,并施以线性及非线性PTO反力,实现了装置的运动模拟,获得了双浮子装置的水动力特性及捕能情况。研究表明,波浪周期及内外浮子质量对装置获能影响显著,建议选用质量比为0.8的双浮子装置,并将其放置于周期与外浮子固有周期接近的海域中以实现最优捕能。     

状态空间模型在海洋波能转换系统中的应用 Ⅱ.单个矩形振荡浮子装置运动受力分析的解析方法

对线性入射波作用下的矩形振荡浮子运动受力分析给出了一种新的解析方法.对该方法首先采用特征函数展开法得到绕射速度势的一种新解析式,然后直接由绕射势和入射势来计算波浪激励力.与经典方法相比可以看出,对于立面二维问题,由于绕射势和辐射势的计算量相当,因此该方法比过去常用的解析法更为简单.为了验证方法的正确性,采用该方法对过去文献介绍的经典算例进行了计算,得到了与过去方法完全一致的结果,从而证明该方法是正确的.     

双浮子点吸收式波能转换装置参数研究

点吸收式波能转换装置是具有较好应用前景的一种波浪能开发利用装置,其参数设计直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性.作者针对青岛斋堂岛目标海域海况,通过数值模拟首先应用单因素敏感性分析法分析了双浮子点吸收式波能转换装置的结构尺寸、锚固形式、波流夹角、PTO阻尼、PTO刚度等参数对装置俘能功率的独立影响规律.之后考虑多参...     

不规则波作用于群桩的水动力系数

海洋平台等海工建筑物多由群桩支承,平台上的小直径立管和钻杆等也常成群布置,它们主要受海浪(不规则波)的作用.目前有两类计算群桩上波浪力的方法:一是把作用于单桩上的波力乘以相应的群桩系数K_g,K_g能直观地显示群桩效应的大小及其变化规律,此法为苏联和我国ii规范所采用.过去的研究成果多限于振荡流和规则波情况.     

岸式振荡水柱波能装置的波浪载荷及保护措施探讨

本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。     

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。     

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...     

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。     

Analytical method of radiation by a wave energy device with dual rectangular floating bodies

The system with one floating rectangular body on the free surface and one submerged rectangular body has been applied to a wave energy conversion device in water of finite depth. The radiation problem by this device on a plane incident wave is solved by the use of an eigenfunction expansion method, and a new analytical expression for the radiation velocity potential is obtained. The wave excitation force is calculated via the known incident wave potential and the radiation potential with a theorem of Haskind employed. To verify the correctness of this method, an example is computed respectively through the bound element method and analytical method. Results show that two numerical methods. are in good agreement, which shows that the present method is applicable. In addition, the trends of hydrodynamic coefficients and wave force are analyzed under different conditions by use of the present analytical method.     

两层流体中多个圆柱浮体波浪力的解析方法

采用解析方法研究了线性入射波作用下两层流体中多个圆柱形淹没浮体的渡浪力特性.首先基于多极子展开方法,建立了散射势函数的解析表达式,并进一步得到浮体散射渡浪力的计算公式,然后利用边界元方法验证了本文的解析解,最后分析了不同参数的变化对双圆柱形浮体结构波浪力的特有影响.     

Application of the state space model to the system of wave energy conversion Analytical method for wave forces on single oscillating rectangular buoy

A new analytical method is proposed to analyze the force acting on a rectangular oscillating buoy due to linear waves. In the method a new analytical expression for the diffraction velocity potential is obtained first by use of the eigenfunction expansion method and then the wave excitation force is calculated by use of the known incident wave potential and the diffraction potential. Compared with the classical analytical method, it can be seen that the present method is simpler for a two-dimensional problem due to the comparable effort needed for the computation of diffraction potential and for that of radiated potential. To verify the correctness of the method, a classical example in the reference is recomputed and the obtained results are in good accordance with those by use of other methods, which shows that the present method is correct.     

双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器（PTO）的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。     

不规则波激励下磁力双稳态波浪能转换装置的能量捕获特性研究

该研究提出了一种新型磁力双稳态机构,主要由一对同向充磁的负刚度磁环,附加一对异向充磁的正刚度磁环组成,可通过调整磁环参数有效改变双稳态装置的势垒高度,从而克服传统型双稳态装置在小幅波浪激励下转换效率低的难题。基于Cummins方程建立了系统的时域非线性动力学模型,其中采用状态空间模型替代了辐射力的卷积积分项用于加快计算速度。采用四阶龙格库塔方法求解动力学方程,获得系统响应解。采用Jonswap波浪谱,研究了不规则波激励下波浪能转换装置的转换效率随双稳态结构参数以及波浪激励参数的变化规律。结果表明,新型磁力双稳态机构在合适参数下可以达到降低势垒高度和拓宽平衡点间距的效果,从而显著提高波能捕获效率,拓宽波能捕获频带,尤其是大幅提高了系统在小波高激励下的捕获宽度。     

摆式波浪发电装置一级转化效率模型试验研究

一级转换装置是一个波浪能发电装置中的关键技术,而如何提高能量转化效率,是一级转换过程研究的重点问题。为确定一级转换装置的能量转化效率与哪些因素有关,对摆式波浪能发电装置的摆板机构进行了模型试验研究,测试了摆板模型在多种波浪条件下的动力响应参数,确定了摆板的动力输出特性及其控制因素;测试了在极限波浪作用下,摆板模型装置的受力状况。通过试验,为摆式波浪能发电装置的设计提供了必要的参考依据。     

一种波浪能实验装置水动力学分析与优化设计

将造波水槽内二维浮体牵引弹簧回复液压缸的受力系统简化为弹簧—质量—阻尼器系统,建立数学模型,并根据牛顿第二定律得到运动方程式。采用基于简单格林函数的边界元方法对所研究浮体的水动力学系数和波浪力进行计算,对于施加给液压系统的不同外部阻尼值,由运动方程可得到相应的浮体垂荡运动位移。为求浮体对液压系统做功的最大值,在给定条件下着重对外部阻尼系数进行了优化。     

沉箱基础对摇板式波浪能装置水动力性能影响研究

摇板式波浪能转换装置具有频率响应范围广、可靠性好、常规海况下转换效率高、建造成本低等优点。基于势流理论建立具有沉箱基础的摇板式波浪能装置水动力性能的解析解。将解析结果与文献中已有结果和边界元数值结果进行了对比,验证了解析解求解过程的正确性。通过算例分析,研究了波浪入射频率、沉箱基础高度、沉箱基础宽度、摇板位置、摇板厚度和摇板密度对装置能量俘获效率的影响。研究结果表明：采用合适高度的沉箱基础能显著提升装置性能;长波海况下,摇板铰接在沉箱基础背浪侧上表面时装置性能更佳,而短波海况下,摇板铰接在沉箱基础迎浪侧上表面更为合理;沉箱基础宽度的推荐值为0.5到1.0倍水深;适当减小摇板厚度能够提升装置性能;应优先选用密度较大的摇板。     

Experimental investigation on the dynamic response of a moored wave energy device under regular sea waves

This paper attempts to provide a better understanding of the hydrodynamic behaviour of a floating multi-resonant oscillating column wave energy device which combines the concept of a floating breakwater and a wave energy device. Experiments were conducted on a 1:20 scale model of the floating wave energy device moored by six mooring lines to study the dynamics of the device under regular waves for various scopes. The effect of non-dimensionalized wave frequency parameter on the motion response and mooring force are reported and discussed in detail in this paper.