海洋浮子式波浪发电装置结构设计及试验研究

论文摘要

随着全球范围内能源危机的日益严重,从能源长远发展战略来看,人类必须寻求一条发展洁净能源的道路。新能源和可再生能源的开发利用成为各国21世纪能源可持续发展战略的重要选择。海洋能是一种有利于环保可再生的清洁新能源,包括潮汐能、海流能、波浪能、海水温差能和海水盐差能。其中波浪能是海洋能源中蕴藏最为丰富的能源之一,是近期海洋能利用研究中研究最多的海洋能源。波能发电是波能利用的主要目的之一。其开发利用技术已趋于成熟,正处于向商业化努力发展阶段。浮子式波浪能发电装置是诸多波浪能发电装置中的一种。通过浮子装置采集波能,再应用液压装置转化能量,最终使能量转化为电能。本论文针对浮子式波浪能发电装置进行理论和试验研究,并从以下几个方面展开工作:(1)采用浮子式发电装置作为研究方向,基于弗汝德一克雷洛夫理论,应用其计算方法分别对长方形、球形、水平圆柱形、垂直圆柱形这四种形状的浮子进行计算分析,以求得最适合本装置的浮子形状。(2)确定浮子形状后,设计浮子结构,确定尺寸及相关参数,再应用克雷洛夫理论对浮子进行受力计算,同时应用Hytrostar、Adams等软件对浮子进行模拟仿真计算,求解浮子的动浮力,与此前的浮子理论计算值结果进行比较,确保浮子受力计算的准确性。(3)根据浮子受力计算结果及实验室的条件设计本浮子式发电装置,选购相关设备,在船池实验室进行试验研究,首先采用四种不同波长对浮子装置进行试验研究,选择出最适合本装置的波浪参数:然后再对不同缸径的液压缸进行试验研究,选择出最适合本装置的液压系统;最后根据以上的试验数据结果,对起伏系统的总能量、波的总能量、发电装置的能量吸收率、浮子产生的振幅、浮子所受的动浮力、液压缸的排油量以及最终能产生的电能进行计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 开发海洋能源的必要性
• 1.1.2 波能开发的研究意义
• 1.2 波浪能资源的储备情况及分布
• 1.2.1 波浪能资源储备总体大概情况
• 1.2.2 我国波浪能分布的具体情况
• 1.3 本课题的研究内容
• 2 波浪发电装置的基本原理
• 2.1 波浪理论及波浪能
• 2.1.1 波浪理论
• 2.1.2 波浪能简介
• 2.2 国内外波能转换装置原理及转化技术
• 2.2.1 波浪能开发原理
• 2.2.2 波浪能装置的分类及优缺点
• 2.2.3 波浪能转换技术
• 2.3 本章小结
• 3 浮子式发电装置的受力分析及计算
• 3.1 浮子的受力分析和优化设计
• 3.1.1 弗汝德—克雷洛夫假定法
• 3.1.2 几种常见浮体的波浪力
• 3.2 本装置的受力分析和优化设计
• 3.2.1 浮子几何形状对起伏系统吸收能量的影响
• 3.2.2 浮子受力的动态数学模型及计算
• 3.2.3 起伏系统的总能量
• 3.2.4 波的总能量
• 3.2.5 浮子式波浪发电装置的能量吸收率计算
• 3.2.6 液压吸收能量及转化情况
• 3.3 应用Hytrostar软件对浮子进行受力分析
• 3.3.1 Hytrostar介绍
• 3.3.2 Hytrostar计算
• 3.4 浮子采集装置的建模与运动学分析
• 3.4.1 利用UG软件对浮子采集装置建模
• 3.4.2 基于Adams动力系统模型的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 4 波浪发电装置的试验研究及分析
• 4.1 实验室的基本参数及试验装置设备的组成
• 4.1.1 实验室的基本参数
• 4.1.2 试验装置设备的组成
• 4.2 试验数据分析
• 4.2.1 不同波长情况下，振荡浮子的振幅、浸水深度
• 4.2.2 不同波长情况下，液压缸的排油量
• 4.2.3 试验数据分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢