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波浪能是海洋资源中的一种可再生资源,在该研究领域中,漂浮摆式波浪能发电技术将波浪能转化为电能,具有转化效率高、可扩展性强、抗风浪能力强等优势。
本文结合了我国的波浪条件,运用计算流体动力学(Computational FluidDynamics-CFD)和试验相结合的方法,研究了PowerTakeOff(PTO)阻尼、波高和波浪周期对装置捕获效率的影响。
在CFD模拟中采用RANS湍流模式,分析摆板长度、波浪周期、线性PTO阻尼和恒定PTO阻尼对装置捕获效率的影响。研究表明:(1)在波浪作用下,随着PTO阻尼系数的增加,捕获效率先增大后减少,且恒定PTO阻尼作用下装置的捕获效率小于线性PTO阻尼作用下装置的捕获效率,两者都存在最优化的PTO阻尼系数;(2)随着波浪周期增加,捕获效率逐渐减小,装置在小波浪周期条件下捕获效率较高;(3)漂浮摆摆长会影响装置捕获效率与装置共振频率,当增加摆长时,单周期捕获效率增加,但装置不能实现共振。
在物理模型试验中,使用1∶10比尺,采用两种试验方案,分别为磁粉制动器控制PTO阻尼和摩擦控制PTO阻尼。研究表明:(1)当PTO阻尼增加时,捕获效率先增加后减小,存在最优化的PTO阻尼系数;(2)捕获效率随着波浪周期的增加,逐渐减少,波浪周期分别为1.26s、1.58s和1.9s时,其捕获效率最大值分别为70.8%,43.8%和58.6%;(3)激磁电流不同范围区间对捕获效率的影响不同,其中在激磁电流为0.75A-1.25A时,随着波高增加,捕获效率先增加后减少,1.5A-2A之间时,捕获效率逐渐减少;(4)当使用摩擦控制时,摩擦阻力矩范围为5.5N-m-20N-m,随着波高的增加,捕获效率逐渐减少;(5)通过仿真模拟与物理模型试验对比,验证了仿真模拟与模型试验的合理性。
本文结合了我国的波浪条件,运用计算流体动力学(Computational FluidDynamics-CFD)和试验相结合的方法,研究了PowerTakeOff(PTO)阻尼、波高和波浪周期对装置捕获效率的影响。
在CFD模拟中采用RANS湍流模式,分析摆板长度、波浪周期、线性PTO阻尼和恒定PTO阻尼对装置捕获效率的影响。研究表明:(1)在波浪作用下,随着PTO阻尼系数的增加,捕获效率先增大后减少,且恒定PTO阻尼作用下装置的捕获效率小于线性PTO阻尼作用下装置的捕获效率,两者都存在最优化的PTO阻尼系数;(2)随着波浪周期增加,捕获效率逐渐减小,装置在小波浪周期条件下捕获效率较高;(3)漂浮摆摆长会影响装置捕获效率与装置共振频率,当增加摆长时,单周期捕获效率增加,但装置不能实现共振。
在物理模型试验中,使用1∶10比尺,采用两种试验方案,分别为磁粉制动器控制PTO阻尼和摩擦控制PTO阻尼。研究表明:(1)当PTO阻尼增加时,捕获效率先增加后减小,存在最优化的PTO阻尼系数;(2)捕获效率随着波浪周期的增加,逐渐减少,波浪周期分别为1.26s、1.58s和1.9s时,其捕获效率最大值分别为70.8%,43.8%和58.6%;(3)激磁电流不同范围区间对捕获效率的影响不同,其中在激磁电流为0.75A-1.25A时,随着波高增加,捕获效率先增加后减少,1.5A-2A之间时,捕获效率逐渐减少;(4)当使用摩擦控制时,摩擦阻力矩范围为5.5N-m-20N-m,随着波高的增加,捕获效率逐渐减少;(5)通过仿真模拟与物理模型试验对比,验证了仿真模拟与模型试验的合理性。