黄河三角洲海区的海浪频谱

海浪谱是表征海浪结构的一个重要特性,它不仅能揭示海浪的内部结构,而且还可描述海浪的对外表现特征。对于不规则海浪,人们常用方向谱来描述,目前大多写成 S(ω,θ)=S(ω)cosβθ 式中θ为谱中组成波的传播方向与主浪向的夹角,ω为圆频率,S(ω)为频谱,β为待定系数。 海浪频谱能清楚地指明波能集中的频带,这对海洋工程的波浪载荷计算具有重要意义。显然,用上述形式表示海浪方向谱,关键是得到其频谱。     

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。     

动力输出系统(PTO)对集成波能转换装置式防波堤消波性能及波能捕获率影响研究

针对波浪能转换装置(WEC)研究重点主要集中在能量捕获效率方面,而忽略其附带的消波功能的问题。基于Open FOAM程序,建立垂荡浮子式波浪能发电装置与桩式约束的浮式防波堤的集成系统(OBC-FB)。主要研究WEC中的重要组件动力输出系统(PTO)对集成系统波能捕获效率及消波性能的影响。分析流体黏性影响下线性PTO系统的最优PTO阻尼特性。开发非线性电磁阻尼模型与线性PTO系统性能进行比较。结果显示,考虑黏性影响下线性的最优PTO阻尼系数略大于无黏的理论值;适当增大PTO阻尼系数可以获得更大的波能捕获宽度比(CWR),从而可以保证装置单位特征尺寸的波能转换效率更高,同时可以在更宽波况范围保证消波性能;相较于线性PTO阻尼系统,非线性电磁PTO阻尼系统可以更好地兼顾波能捕获效率和消波性能。因此,在OBC-FB集成系统的优化设计中,PTO阻尼系统是一个重要的优化参数。     

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。     

一种涵道双向泵叶轮浪流发电装置的研究分析

为解决海洋波浪能和潮流能耦合利用的问题,提升浪流发电装置的发电效率,上海海洋大学课题组设计了一种新型涵道双向泵叶轮浪流发电装置。主要对轴流泵的工作原理进行理论分析,阐述将轴流泵排水原理应用于浪流发电装置捕获浪流能的可行性,基于轴流泵叶片设计原理,设计出一种可以双向捕获浪流能的叶片。经数据仿真和水槽实验进行验证,得出涵道双向泵叶轮浪流发电装置可以在浪流流速v=0.5 m/s工况下浪即可启动,满足低流速启动要求,发电效率最高为23.7%。     

鹰式一号波浪能装置频域运动分析与优化设计

波浪能发电装置的波能转换通常分为两级能量转换:第一级能量转换是波浪作用下波浪能装置部件发生相对运动驱动PTO做功捕获波浪能;第二级能量转换为将捕获的波浪能转换为电能。其中一级波浪能转换系统的优化设计是提高波浪能装置能量转换效率的重要手段和关键技术。波浪作用下波浪能装置的运动与PTO做功运动相互耦合和影响,本文通过对不同波浪要素环境下、不同PTO阻尼下波浪能装置的频域运动模拟,以迎波宽度比为尺度对波浪能装置的一级能量转换系统进行优化设计,获得波浪能装置的最优做功阻尼,为实型装置负载加载设计提供设计依据,提高波浪能装置能量转化效率。鹰式一号波浪能装置的实海况运动证明,通过对一级能量转换系统的优化设计,能够有效提高装置的发电效率和提高装置对波浪响应频带宽度。     

碟形越浪式波能发电装置越浪性能的试验研究

碟形越浪式波能发电装置是1种新型的波能发电装置,本文对其几何形状及尺寸进行了初始设计。通过对装置越浪性能的物理模型试验研究,揭示了装置越浪量与入射波要素的变化关系,得到了不同干舷高度在各入射波要素下装置的波能俘获能力。     

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。     

一种越浪式波能发电装置越浪量和波压力的试验研究

越浪式发电装置具有结构稳定、可靠性高等优点。在前人的研究基础上,对越浪式波能发电装置的模型进行了优化设计,通过模型实验研究了该波能发电装置在不同波况、不同干舷高度下对波能的俘获能力以及结构的受力情况。对越浪量的试验结果进行了无量纲分析,分别得出了越浪式模型装置的越浪量关于干舷高度和波高的指数函数拟合曲线,总结了两者对越浪量影响的普遍规律。通过对规则波和不规则波波浪作用下装置受力结果的归纳总结,探讨了波能装置波压力和浮托力变化的一般规律。本研究可为越浪式波能发电装置的研究提供参考依据,为波浪能的利用提供一定的参考价值。     

海浪方向谱的初步分析

一、前言随着海洋资源的开发利用和海洋观测技术的不断更新,海浪方向谱的研究日益受到重视.海浪方向谱,由于它能同时描述海浪能量随频率和方向的分布,故已成为合理计算海上水工建筑物作用力的可靠依据.特别是方向谱能给出不同方向组成波的能量变化,更有助于了解海浪的细微结构及其产生过程.因此,海浪方向谱的研究不仅直接关系到海洋工程的投资效益,而且对海浪生成机制的研究也有重要意义.     

半球形多向波聚合波道振荡水柱气室优化设计

为了解决振动水柱式波浪能转换装置收集多向波浪问题,本文设计了半球形多向聚合波道振荡水柱气室结构,以适合远海单点波浪能采集和发电。在规则波正向入射条件下,基于流体仿真分析软件(FLUENT)、流体动力学连续性假设和粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程(Navier-Stokes方程)建立半球形振荡气室和三维数值波浪水槽模型。仿真结果表明:增设气室后壁,合理设计波道开口角度实现多向迎波捕获波浪能,优化前壁形状可降低波浪触底反射带来的能量耗散,同时提高了气室内空气压强和出气口速度,有效提升波浪能俘获效率,为后续发电的二次能量转换提供高效的空气动力。     

“鹰式一号”漂浮式波浪能装置冗余监控技术研究

随着波浪能发电装置研究的深入,急需探索一套可靠的、完善的波能装置状态信息采集和控制的技术方案。根据"鹰式一号"波能装置的特点,开发了通过无线串口通信的移动PC监控子系统和基于DSP的具有数据存储功能的SD卡监控子系统两套独立的监控模块,实现了"鹰式一号"波能装置发电数据实时无线监控和装置内自动采集及存储。采用不同技术路线的冗余设计,提高了发电装置实海况实验监控系统的可靠性。实验表明,该系统性能稳定,运行成本低,两套数据实时、全面,具有互补性,对分析发电装置实海况性能、推动波浪能开发具有重要的意义。     

最大熵法与传统法海浪谱估计的比较

一、问题的提出 海浪功率谱是描述海浪波面随机过程的基本特征参数,它既可研究海浪能量相对于频率的分布,又可研究海浪波面对外表现的统计规律。因此,准确求出海浪频谱具有重要的实用意义。目前常用的海浪频谱估计自相关法和周期留法,它们都引进一些假设及某种权函数的主观意志。最大熵法(MEM)是资料自适应谱估计法,它的窗函数是不固定的,是自身适应一个频率又一个频率,在一个频率上估计谱值很少受其它频率的方差     

向岸风作用下海浪方向谱的某些统计特征

本文基于956 pitch-roll wave track buoy 测得的资料,研究由风暴引起的向岸风作用下的海浪方向谱的某些统计特征。结果表明:海浪方向谱相对频率和方向的分布多为双峰谱;中频段组成波平均波向对局地变风速和变风向产生响应,使其平均波向与风向趋于一致,高频段和低频段组成波平均波向对变风速和变风向基本不产生影响;谱峰频率对应的特征波平均波向频率分布与风向频率分布符合良好;在风浪消衰过程中,由于远离测点外海波场的影响,使海浪有效波高衰减缓慢。     

连云港地区淤泥质海岸近岸带水体含沙量的横向分布

本文以连云港为例,将淤泥质岸滩泥沙运动归结为二种基本的物理过程:在破波带内,波浪掀沙造成泥沙悬浮;在破波带外,水体含沙量来源于破波带内悬浮泥沙在潮流作用下的扩散运移。从波高的统计分布等出发,按波能法概念提出了破波带内水体含沙量横向分布表达式;破波带被视为无数泥沙扩散线源的迭加,由此建立破波带外水体含沙量横向分布的表达式。由以上两表达式算得的破波带内、外水体含沙量分布与实测结果基本一致。     

基于文氏谱的起伏海面虚反射特征研究

海洋地震记录中的虚反射会和反射波发生混叠和干涉,严重影响了海洋地震资料的质量。常规海面水平的条件假设将在海面反射系数计算过程中引入误差。本文引入文圣常提出并改进的文氏海浪谱,采用有效波高、海浪成长系数等各项参数模拟出更符合实际情况的海浪形态,并通过时频分析等方法研究起伏海面虚反射对地震记录的改造作用和起伏海面条件下的虚反射时频谱特征。结果表明：当海面起伏程度较大时,起伏海面的虚反射不仅强烈扭曲了海底一次波反射同相轴,且与一次波发生了强烈的干涉作用,导致成像结果出现很多假同相轴,严重影响了地震资料的质量。随着起伏海面有效波高的增加,地震记录受陷波效应逐渐增强,虚反射能量逐渐增加,主频幅值逐渐减小。当海面起伏变化时,随着偏移距的增加,陷波点幅值变化丰富,主频幅值逐渐减小,且向高频方向移动。随着震源或检波器沉放深度逐渐增加,有效波虚反射的能量强度逐渐增加,频带变窄,陷波改造作用强烈,主频幅值逐渐减小。     

浮筒式波浪能发电装置中轴流式水轮机能量特性研究

当今世界,全球资源严重匮乏,环境日益恶化,波浪能作为一种清洁、可再生海洋能源,有利于贯彻我国可持续发展战略。文中针对南海某海域,根据国家海洋局提供的波浪周期和波高数据,通过计算流体力学(CFD)数值模拟,研究不同时期波浪周期和波高的变化对轴流式水轮机效率的影响。计算结果表明,因波浪参数变化,浮筒式波浪能发电装置水头变化范围为11~17 m,优选设计水头为13 m。通过改变水轮机叶片安装角度,优化水轮机效率,并对水轮机转轮及出水流道流动特性进行研究。最终得出:在优选设计水头为13 m时,水轮机在叶片相对安放角为-4°,最高效率达85.67%,水轮机转轮及出水流道流态平直,水轮机工作性能稳定,满足浮筒式波能发电装置工作要求。文中研究工作,为优化浮筒式波能发电平台及提高平台投资回报率奠定理论基础。     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。     

怎样利用水下涌浪发电

前不久,荷兰研制出一种全新的海浪发电装置。这是一种水下涌浪发电装置,就是利用海中涌浪引起的压力变化差动进行发电。水下涌浪发电装置与普通海浪发电机有很大不同。大多数海浪发电机漂浮在海面上,只能够利用大风吹动的阵浪发电,电机的工作时间有限;再是普通海浪发电机受外界影响相当大,海浪小时发     

浅水FPSO限位作业系泊分析

以浅水单点系泊装置水下软钢臂维修解脱为背景,研究在拖轮限位状态下FPSO运动与限位缆绳张力。计算在不同水深及浪向条件下,FPSO的二阶传递函数(QTF);分别应用Newman近似方法、全QTF法以及使用部分QTF值的方法,计算FPSO时域低频波浪载荷,并对其限位响应进行对比;计算不同长度时的限位缆绳张力响应,分析限位缆绳长度及FPSO波频运动对缆绳张力的影响。分析表明:Newman近似的适用性,应根据FPSO的QTF与海浪谱能量集中范围综合判断;为减少QTF计算量,可根据FPSO低频运动固有频率,确定频率间隔△ω的计算上限,采用部分QTF值计算低频波浪载荷,其响应预报结果与全QTF法接近;若FPSO的RAO能够避开海浪谱能量集中的频率范围,则在限位分析中可忽略FPSO波频运动的影响。