振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析

发布时间：2020-07-23 13:03

【摘要】：波浪能是海洋能中品质比较高的一种能源，对其进行研究、开发和利用对实现能源的可持续发展、满足人类对能源的需求具有十分重要的战略意义。本文首先分析了国内外波浪能发电技术的研究现状，并对一些常见的波浪能发电装置进行了总结，对其工作原理及优缺点进行了对比分析，在此基础上，根据我国的实际海况，设计了一种基于海洋平台的振荡浮子式波浪能发电装置，该装置的大部分零部件均处于密封的海洋平台上，可以有效地避免零部件被海水腐蚀。另外，装置采用双面齿条作为传动机构，可以较大限度地提高对波浪能的利用率。（1）设计了一种振荡浮子式波浪能发电装置，并对其工作原理进行了分析。结构设计包括传动部件设计，海洋立柱设计以及工作平台设计，装置的大部分零部件均处在密封的海洋平台中，可以较好的避免被海水腐蚀。（2）根据微幅波理论的相关知识，建立了波浪中水质点运动的数学模型，根据所建的数学模型对水质点的速度和加速度的运动规律进行了研究，并求出了水质点的运动轨迹方程，同时，也对波浪的压强和波能的数学表达式进行了推导分析。（3）对垂直圆柱形浮体在波浪中的受力进行了分析，建立了浮体运动的微分方程，并采用量纲分析方法推导出了浮体的附加质量、辐射阻尼系数以及粘滞阻尼系数的数学表达式，用Matlab对不同尺寸浮体的运动微分方程进行了求解，根据求解结果对浮体结构进行了优化。（4）利用弗汝德-克雷洛夫假定法分析了垂直圆柱形浮体所受的垂直波浪力，确定了浮体的半径、吃水深度等基本几何参数，计算了浮体的能量吸收率，并建立了发电机输出功率的数学模型，对发电机的输出功率进行了计算分析。（5）通过动力学分析软件ADAMS对发电装置的传动部件进行了动态仿真分析，验证了理论分析的正确性，为物理样机的建立奠定了基础。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM612;P743.2
【图文】：

整流器,蓄水池,单向阀,波能转换装置

器式波能转换装置。在该转换装置中，波浪主要是在通过及流出，其中一侧只允许流入，另外一侧只允许流出，以保单向运转，因此需要在蓄水池两侧安装单向阀。水轮机在水运转，并连接相邻的水池。蓄水池门在波浪压力的作用下能水流通过上述单向阀门而不断使蓄水池充水。当外部水面的静压力时，排水的一侧的门将被打开，蓄水池内的水将会随轮机，驱动水轮机运转，从而将波浪能转换为机械能[37]。在水池水位为入射波高的两倍左右且港口为共振条件时，整个能够高达百分之二十多。但是，在非理想条件下，装置的效下降，另外这种装置的投资费用也比较高。

波浪能,环节,转换方式

图 2 1 波浪能转换的环节及作用 2.1.1 第一级转换第一级转换通常由一对实体构成：受能体和定体。定体通常固定在海岸或者海洋平台上，受能体则与海浪直接接触，与定体之间形成相对运动，接受波浪能。受能体可以是不同的类型——刚体、液体、气体，受能体不同，则第一级转化的方式也不相同。当受能体为刚体时，其转换方式为波浪能——机械能转换；当受能体为液体时，其转换方式为波浪能——液压能转换；当受能体为液体时，其转换方式为波浪能——空气能转换，其中最为常见的转换方式为波浪能——机械能的转换。2.1.2 中间转换受能体不同，中间转换装置也不相同。当受能体为刚体时，为机械式转换；

整体结构,压电聚合物,波浪能,磁流体发电机

.1.3 第三级转换第三级转换主要是将中间转换装置传递来的转换为电能，常用的转换装置平机或水轮机，磁流体发电机也会在有些装置中用到，随着对波浪能转换技不断探索和研究，一些比较新型的发电装置也随之出现，利用压电聚合物实量的转换便是其中之一。.2 方案设计 .2.1 结构简图本文所设计的波浪能发电装置的整体结构简图如图 2-2 所示

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