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多浮子波能发电装置频域水动力分析及波能转换效率分析开题报告

 2021-02-25 13:08:49  

1. 研究目的与意义(文献综述)

法国是对波浪能展开研究并设计波浪能发电装置最早的国家,随后英国、日本、挪威、葡萄牙、美国和中国等多个国家和地区相继加大开发与研究相关的设备和装置的力度,这其中又以日本和英国两国的波浪能开发与应用技术居于世界的领先水平。

从20世纪60年代开始,日本就已经开始将12台波浪能发电装置用于实验研究和商业用途,到目前为止,日本具有波能发电装置已达1000余座。由日本海洋科技技术中心研制的“巨鲸”号波浪发电装置为可动式浮体式,也是波浪能中的佼佼者。英国是世界上具有最好波浪能源的国家之一,出众的地理资源优势,再加上因政府对海洋能源前瞻性认识而加大的研究力度,使英国在20世纪80年代时就已成为世界波浪能及其发电装置研究制造领域的领头羊。90年代时,世界上第一台能用于波浪能发电装置在英国开始发电,就有里程碑的意义。其“海蛇”式波浪能发电机到目前都有着实际意义。

我国于1968年在上海开始了专门针对海洋波浪能源进行发电的研究与实验工作,并得到了国家的大力扶持。目前在国内从事波浪能发电领域研究和制造的就有十几家单位。在2008年,中科学院利用磁流体发电技术,构建一套出完全有别于传统波浪能发电装置的新型发电装置,称之为液态金属磁流体波浪能发电装置,代表了我国目前在波浪能开发应用领域最为先进的成果。

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2. 研究的基本内容与方案

目前主流的波能转换装置有筏式波能转换装置,振荡浮子式波能转换装置,振荡水柱波能转换装置等,摆式波能转换装置,收缩波道式能量转换装置。通过文献调查,掌握波能转换装置的发展历程、趋势和技术难点,同时熟悉波能转换装置的水动力分析的基本原理和方法。

综合我国海域目前情况,我国大部分海域比较适合多浮子波能发电装置。查阅国内外研究成熟及新型的多浮子波能发电装置,确立一种高性能、低成本、操作及设置简单的波能发电装置。

在此波能发电装置研究的基础上进行简化,并使用模拟软件对此装置进行数值模拟,建立计算模型。通过三维势流软件在此模型的基础上,计算波能转换装置的水动力特性,分析个浮体之间的耦合作用。建立波能转换装置的多体动力模型(multi-body dynamic model),将能量输出装置简化为线性阻尼(linear damper)。根据拉格朗日动力学(lagrangian dynamics)将波能转换装置的铰接约束力和能量输出装置处的作用力引入动力方程中。计算波能转换装置的能量转换效率,以及铰接高度和能量输出装置对波能转换效率的影响。波能转换装置各浮体的形状尺寸对波能转换效率的影响。

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3. 研究计划与安排

任务编号

任务内容

时间节点

1

文献调查

第1-3周

2

波能转换装置的工作原理分析

第4周

3

波能转化装置的简化建模

第5周

4

基于势流软件的波能转换装置的水动力分析

第6-7周

5

建立多浮体的数值计算模型

第8-9周

6

计算波能转化装置的能量转换效率

第9-10周

7

不同铰接高度和能量输出装置以及不同浮体尺寸对波能转换效率的影响

第11-12周

8

完成毕业设计论文

第13-14周

4. 参考文献(12篇以上)

[1] 姚琦, 王世明, 胡海鹏. 波浪能发电装置的发展与展望[j]. 海洋开发与管理, 2016, 33(1):86-92.

[2] 杨家武, 辛玉超, 杨帆. 海浪发电的典型装置和发展趋势[j]. 科技创新导报, 2015, 12(9):72-73.

[3] 高洪涛, 李彪. 多节漂浮式波能转换装置浮体运动及功率响应[j]. 大连海事大学学报, 2016, 42(1):45-50.

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