摆式波能转换装置的实验研究

论文摘要

随着经济和社会的发展,人类对能源的需求量越来越大,而全球的能源储备量却是有限的。特别是上世纪的原油危机,使人们清醒的认识到能源问题在国民经济和社会发展中的重要作用。为了解决能源供应在社会发展中的瓶颈问题,人类将目光投向了海洋。海洋面积约占全球面积的70%,存储着巨大的能量,世界上许多国家都已着手进行海洋能利用的研究。论文首先介绍了国内外在波浪能利用方面的研究进展和主要波能转换装置应用实例。设计了两个摆式波能转换装置模型,即梯形摆板和圆筒摆板,并分别进行了模型试验。模型试验时,在发电机上通过加载电阻,测量负载两端的电压值,作为发电机功率输出,以了解负载阻尼对波能总转换效率的影响。由于模型试验在波浪水槽中进行,摆板前方的入射波受到摆板的动态响应及反射波的影响,测量得到是入、反射波叠加形成的合成。为了能够得到真实的入射波波高,采用AM法实现入、反射波分离。通过对模型试验结果的分析,发现波高较小时,波能总转换效率随波高增大而增加,且总转换效率较低,当波高大于一定值后,总转换效率随之减小。主要是由于波高较小时,摆板摆角较小,摆板摆动轴与发电机连接的传动机构间存在间隙,能量损失较大；而摆板摆角较大时,粘性阻尼的非线性作用增强导致。根据模型试验的结果还发现,梯形摆板的总转换效率比圆筒摆板要高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外波浪能利用研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 波能转换装置实例介绍
• 1.3.1 振荡水柱式（OWC）波能装置
• 1.3.2 摆式波能转换装置
• 1.3.3 单体垂荡波能转换装置
• 1.3.4 鸭式波能转换装置
• 1.3.5 相对垂荡式波能转换装置
• 1.4 本文的主要研究内容与方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 波能转换装置模型试验相似准则和实验设计
• 2.1 波能转换装置模型试验相似准则
• 2.1.1 弗汝德相似准则
• 2.1.2 斯特洛哈尔数相似准则
• 2.2 摆式波能转换装置试验模型
• 2.2.1 试验模型
• 2.2.2 模型及测试仪器的安装与布置
• 2.3 波能转换装置模型试验硬件设计
• 2.3.1 实验室波浪环境模拟
• 2.3.2 波浪环境参数测量
• 2.3.3 发电机输出功率测量
• 2.4 波浪转换装置模型试验软件设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验数据处理方法
• 3.1 入射波功率
• 2.1.1 入射波反射波分离理论
• 3.1.2 入射波功率
• 3.2 输出功率
• 3.3 转换效率
• 3.4 本章小结
• 第四章 梯形板摆式发电装置模型试验结果分析
• 4.1 试验步骤
• 4.2 数据处理与分析
• 4.2.1 波面位移与输出功率历时曲线
• 4.2.2 不同负载电阻时波能转换效率与周期的关系
• 4.2.3 波能转换效率与波高的关系
• 4.3 本章小结
• 第五章 圆筒摆式波能转换装置模型试验结果分析
• 5.1 数据处理与分析
• 5.1.1 波面位移和输出功率时历曲线
• 5.1.2 不同负载电阻时波能转换效率与周期的关系
• 5.1.3 波能转换效率与波高的关系
• 5.2 单、双向发电效率比较
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见