多體振蕩式海洋能裝置總體性能數(shù)值分析方法.pdf

1、多體振蕩式海洋能裝置通過(guò)動(dòng)浮子與靜浮體之間的相對(duì)垂蕩運(yùn)動(dòng)將波浪能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再利用能量吸收裝置PTO(Power Take-Off)將浮子運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、能量吸收率高等優(yōu)點(diǎn)，在海洋可再生能源領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。本文針對(duì)多體振蕩式海洋能裝置的總體性能展開(kāi)了研究，并進(jìn)行了模型試驗(yàn)驗(yàn)證，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　建立了多體振蕩式海洋能裝置的數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型。在考慮了浮體的6自由度運(yùn)動(dòng)以及浮子的相對(duì)垂蕩運(yùn)動(dòng)的

2、基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了浮體-浮子的7自由度非線(xiàn)性聯(lián)合運(yùn)動(dòng)方程。進(jìn)一步將聯(lián)合運(yùn)動(dòng)方程整理為一階非線(xiàn)性常系數(shù)微分方程組的形式，提出了適用于該方程組的數(shù)學(xué)模型求解方法，采用自適應(yīng)階的四階龍格庫(kù)塔法對(duì)整理后的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行了數(shù)值求解。
　　提出了多體振蕩式海洋能裝置的環(huán)境載荷分析方法，對(duì)波浪載荷、錨泊載荷和PTO系統(tǒng)阻尼力分別進(jìn)行了分析。根據(jù)多體振蕩式海洋能裝置中浮體與浮子的尺寸特征，采用完全細(xì)長(zhǎng)體理論計(jì)算浮體的波浪載荷，采用Froude-Kr

3、ylov理論計(jì)算浮子的波浪載荷，采用半耦合動(dòng)力模型計(jì)算錨泊載荷，采用線(xiàn)性阻尼模型分析PTO系統(tǒng)阻尼力。
　　對(duì)海蘑菇波浪能裝置的總體性能進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)合已有的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于海蘑菇波浪能裝置數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型的適用性和準(zhǔn)確度進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)該裝置作業(yè)海況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及輸電性能進(jìn)行了數(shù)值分析。通過(guò)海蘑菇波浪能裝置與單自由度波浪能裝置數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，分析了浮體縱搖運(yùn)動(dòng)和浮子垂蕩運(yùn)動(dòng)之間的耦合效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于浮體縱搖PTO阻

4、尼系數(shù)和浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進(jìn)行了參數(shù)分析。
　　對(duì)STC(Spar-Torus Combination)風(fēng)浪能混合利用系統(tǒng)的總體性能進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)合已有的模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于 STC風(fēng)浪能混合利用系統(tǒng)數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型的適用性和準(zhǔn)確度進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)該裝置在作業(yè)海況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及輸電性能進(jìn)行了數(shù)值分析。考慮Spar固定不動(dòng)和系統(tǒng)正常作業(yè)兩種模式，分別對(duì)浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析。通過(guò)對(duì)比兩種模式的數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，分析了 P