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.     

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.     

双矩形浮子波能装置辐射问题的解析方法

在有限水深下1个漂浮在水中的矩形浮子和1个淹没在水下的浮子构成双矩形波能装置模型。基于特征函数展开法求解了线性入射波作用下双矩形浮子波能装置的辐射问题,得出了双矩形浮子辐射速度势的1种新解析式,然后根据Haskind关系由入射势和辐射势来计算波浪激励力,并且采用数值方法对相同算例进行了计算,得到了完全一致的结果,从而证明这种方法是正确的。研究了在不同工况下的波浪激励力和系统的水动力学系数变化的规律。     

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.     

直驱式波浪能转换系统的研究和性能优化

A direct-drive wave energy conversion system based on a three-phase permanent magnet tubular linear generator （PMTLG） and a heaving buoy is proposed to convert wave energy into electrical energy. Sufficient experimental methods are adopted to compare the computer simulations, the validity of which is verified by the experiment results from a wave tank laboratory. In the experiment, the motion curves of heaving buoy are with small fluctuations, mainly caused by the PMTLG＇s detent force. For the reduction of these small fluctuations and a maximum operational efficiency of the direct-drive wave energy conversion system, the PMTLG＇s detent force minimization technique and the heaving buoy optimization will be discussed. It is discovered that the operational efficiency of the direct-drive wave energy conversion system increases dramatically after optimization. The experiment and optimization results will provide useful reference for the future research on ocean wave energy conversion system.     

状态空间模型在海洋波能转换系统中的应用 Ⅰ.数值模拟方法改进

状态空间模型是研究海洋波能转换系统相互作用的一种有效数学模型.应用该模型的关键之一是如何根据实验或计算的脉冲响应函数来高效地确定状态空间模型中的矩阵参数.结合最优化理论中的单纯形法、最小二乘法以及矩阵指数的简化算法,提出了一种确定状态空间模型矩阵参数的有效数值方法.数值试验表明,由于该方法克服了高斯-牛顿方法的局部收敛性及其需求解矩阵指数关于参数的导数的缺点,因此大大扩展了初值的可选范围,有效地提高了数值模拟效率,并且使数值模拟结果具有较高精度.     

平台基有缆潜标实时内波监测系统

研究开发了一套依托于海洋平台进行安装的有缆潜标实时内波监测系统.该系统由温度传感器、温盐深传感器(CTD)、定点海流计(DVS)、终端接收机、绞车、钢缆、电缆及锚定重块等组成.温度传感器、CTD和DVS依一定的空间间隔串行连接并固定在系泊钢缆上.系统利用电缆实时供电、采用可寻址RS485总线进行控制和数据传输.集成的有缆潜标内波监测系统在中海油所属的PY30-1平台上进行了现场内波观测,成功捕获了多个内波过程,为获取长时间序列的内波实测数据、进而为开展南海内波机理和工程应用研究提供了有效的技术手段.     

用于振荡水柱波能系统的径流式空气透平数值模拟研究

径流式空气透平是振荡水柱式波能发电系统的二级能量转换装置,因其具有结构简单、输出扭矩大、轴向推力小的优势,得到了越来越多的关注。采用计算流体力学软件Ansys-Fluent 12.0,通过数值模拟方法考察了不同转子叶片稠度对径流式空气透平定常无量纲评价参数的影响规律。研究结果表明:虽然径流式透平可在双向气流下实现单向旋转,但当气流通过方向不同时,透平的定常工作性能存在明显差异,这与传统轴流式透平完全不同;此外,稠度对透平效率的影响在不同流量系数范围内也不同。因此,综合考虑气流流向、透平整个工作范围内输出效率,推荐采用的转子叶片稠度为2.34。     

改进型中心管模型能量转换性能试验及样机设计

为了提高中心管振荡水柱波浪能利用技术能量转换效率,基于新的认识和目前常用的2.4米导航灯标,对中心管尾部设计了三种模型并在造波水槽中进行能量转换性能试验。试验结果表明:直管型中心管俘获宽度比最高达到了70.25%,但通频带宽度窄;加长喇叭口型中心管略好于喇叭口型中心管;在喷咀比为0.02条件下,加长喇叭口型中心管浮体有较高双峰俘获宽度比,波峰为40.0%,波谷为31.6%,通频带宽,为随机波下高效转换创造了条件。最高俘获宽度比和双峰通频带特性实验数据结果都优于历史文献值。根据试验数据对一些适合小型海洋仪器供电的样机进行了设计,设计的样机具有较高的性价比。     

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.     

一种海洋柔性胶囊波能发电装置研究

海洋波浪能可再生能源的开发是未来发展的趋势,开发设计更为高效的波能转换利用装置是开发利用波浪能的关键。根据脉搏脉动机理,设计发明了一种柔性胶囊发电装置,利用柔性结构的强收缩性,让其随着波峰波谷收缩扩张,进而形成脉动来传输水体,使相连尾端竖管内水位随着脉动骤升骤降来压缩排出和快速吸入空气。进行了一系列探索性实验,着重研究柔性材料厚度、波高、周期、气室孔径对该试验装置的波能转换率的影响,数据表明,柔性硅胶管有很好的聚波作用,气室的设计和建造对波能转换效率有较大的影响。     

一种基于状态空间模型的浮式海上升压站平台动力响应计算方法研究

浮式海上升压站的动力响应分析是其设计阶段的重要内容,对浮式升压站进行结构优化进而改进其水动力性能意义重大。提出一种基于状态空间模型的浮式海上升压站平台动力响应算法,该方法通过频域拟合的方法计算延迟函数频响函数有理分式的系数,得到延迟函数的极值和留数,进而构建延迟函数的状态空间模型,通过状态空间模型代替Cummins方程中的卷积项,从而计算浮式海上升压站的动力响应。采用日本福岛示范项目的浮式升压站模型对方法进行验证,结果表明计算得到的动力响应与商业软件SESAM计算结果吻合较好,说明方法的有效性。     

A second order random wave model for predicting the power performances of a wave energy converter

The power performances of a point absorber wave energy converter(WEC) operating in a nonlinear multidirectional random sea are rigorously investigated. The absorbed power of the WEC Power-Take-Off system has been predicted by incorporating a second order random wave model into a nonlinear dynamic filter. This is a new approach, and, as the second order random wave model can be utilized to accurately simulate the nonlinear waves in an irregular sea, avoids the inaccuracies resulting from using a first order linear wave model in the simulation process. The predicted results have been systematically analyzed and compared, and the advantages of using this new approach have been convincingly substantiated.     

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。     

An analysis of second-order wave forces on floating bodies by using a higher-order boundary element method

The wave diffraction and radiation problem is studied numerically by using a higher-order boundary element method. The convergence of the higher-order boundary element method is tested systematically for bodies of different shapes. For the second-order force, particular attention is paid to the contribution of the second-order potential, following the line of Molin's approach. For numerical evaluation, the free surface is divided into three subregions; inner, intermediate and outer ones. In the inner region, the integral is evaluated numerically by using higher-order boundary elements. In the intermediate region, semi-analytic form is constructed with the help of eigen functions. In the outer domain, the analytic solution is available. This subdivision scheme reduces the numerical burden remarkably.     

雷达高度计海况偏差估计神经网络模型研究

本文基于Jason-2高度计数据,在12个不同季节的cycle数据中组合1~6个cycle的有效波高、风速和海况偏差为训练集,选取Jason-2的另外3个不同季节的cycle数据集为测试集。经检验分析,确定3个cycle对应的BP神经网络模型。将该模型应用于HY-2高度计海况偏差的估计,通过海况偏差与有效波高及风速的拟合优度、解释方差和残差对比分析,结果表明:神经网络BP模型可以有效应用于HY-2的海况偏差估计并明显优于传统海况偏差参数模型。     

一种基于表面状态参数的三维海洋动力学模型数值求解方法*

大面积的海洋表面实时运动状态可以通过遥感技术获取, 而海洋内部的运动状态只能进行定点观测, 无法达到大面积的实时监测。基于海洋动力学基本原理, 在正压浅海大陆架模式下, 在三维空间构建海洋表面与内部运动状态的关系模型; 利用遥感探测的海洋表面流速与流向数据, 结合海域的浪高、风速状态参数, 运用有限差分法反演出深层海流的流速与流向信息。反演结果符合海洋动力学规律, 反映出了深层流整体分布状态, 扩展了雷达遥感应用范围。     

Applications of sediment sudden deposition model based on the third-generation numerical model for shallow water wave

The existing numerical models for nearshore waves are briefly introduced, and the third-generation numerical model for shallow water wave, which makes use of the most advanced productions of wave research and has been adapted well to be used in the environment of seacoast, lake and estuary area, is particularly discussed. The applied model realizes the significant wave height distribution at different wind directions. To integrate the model into the coastal area sediment, sudden deposition mechanism, the distribution of average silt content and the change of sediment sudden deposition thickness over time in the nearshore area are simulated. The academic productions can give some theoretical guidance to the applications of sediment sudden deposition mechanism for stormy waves in the coastal area. And the advancing directions of sediment sudden deposition model are prospected.     

基于构造矩阵零空间的动力定位系统推力分配方法

在动力定位系统中,推力分配方法是联系运动控制算法和执行机构的纽带,具有十分重要的意义。回顾目前用于海洋工程船舶动力定位系统的主要推力分配算法,针对动力定位系统中常见的过驱动推力分配问题提出了一种基于船舶推进器构造矩阵零空间的分配算法。该方法将构造矩阵分解为基空间和零空间,目标推力可以由基空间保证;零空间向量并不影响总的目标推力,但影响单台推进器的推力,目标函数可以在零空间上优化。并将这一算法应用于某一工程船的动力定位仿真模拟,对该算法进行了验证。