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山东大学学报 (工学版) ›› 2020, Vol. 50 ›› Issue (6): 1-8.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.160

• 机械工程———海洋工程与技术专题 •    下一篇

波浪能发电装置浮体形状参数对俘能性能影响

刘延俊1,2(),王伟2,陈志1,王冬海3,王登帅2,薛钢2   

  1. 1. 山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室, 山东 济南 250061
    2. 山东大学海洋研究院, 山东 青岛 266237
    3. 中电科海洋信息研究院有限公司, 北京 100041
  • 收稿日期:2020-05-12 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-15
  • 作者简介:刘延俊(1965—)，男，山东济南人，教授, 博士生导师，主要研究方向为流体动力控制，波浪能发电技术，深海探测技术与装备. E-mail：lyj111ky@163.com|刘延俊，1965年7月生，工学博士，教授，博士生导师。主要从事流体动力控制、海洋能开发利用、深海探测技术与装备方面的教学与科研工作，承担国家级项目6项，自然资源部海洋能专项与海洋公益项目5项，山东省科技厅科技攻关与重大创新工程项目5项，企业委托课题30余项；指导博士15人，硕士80余人；出版专著7部，液压与气压传动教材8部，发表学术论文80余篇。兼任中国机械工程学会高级会员, 中国机械工程学会流体传动与控制分会委员，山东机械工程学会液压气动专业委员会副主任委员，中国海洋工程咨询协会海洋能分会、深海技术与装备分会常务理事
  • 基金资助:
    海洋可再生能源专项资金资助项目(GHME2017YY01);NSFC-山东联合基金资助项目(U1706230);山东省重大科技创新工程资助项目(2018CXGC0104)

The influence of shape parameters of wave energy device floating body on energy capture characteristics

Yanjun LIU1,2(),Wei WANG2,Zhi CHEN1,Donghai WANG3,Dengshuai WANG2,Gang XUE2   

  1. 1. Key Laboratory of High-efficiency and Clean Mechanical Manufacture, School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
    2. Institute of Marine Science and Technology, Shandong University, Qingdao 266237, Shandong, China
    3. China Electric Technology Ocean Information Technology Research Institute Co., Ltd., Beijing 100041, Beijing, China
  • Received:2020-05-12 Online:2020-12-20 Published:2020-12-15

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摘要：

为明确振荡浮子式波浪能装置浮体形状参数对俘能性能与工作稳定性的影响, 建立线性能量输出系统作用下的浮体频域计算模型, 推导俘能功率与俘能宽度比的计算公式, 介绍浮体频域数值模拟步骤, 运用ANSYS-AQWA软件开展研究, 计算并对比不同底面形状和圆台半顶角下浮体的俘能功率与俘能宽度比, 探讨浮体形状参数对其俘能性能的影响规律, 为适用于锚泊浮台的波浪能供电装置浮体形状参数优化提供理论基础。研究结果表明:相对于圆锥和圆球底面, 圆台底面的实际制作可行性高, 且在中频波段的俘能性能与俘能稳定性均优于一般圆柱浮体; 上大下小型圆台浮体的俘能性能和工作稳定性较好, 半顶角增加时, 浮体的俘能性能增加且可改善浮体的中频俘能性能, 可根据工作波况合理选择最佳的半顶角, 使得浮体具有最佳的俘能性能与工作稳定性。

关键词: 波浪能, 振荡浮子装置, 形状参数, 俘能性能, AQWA仿真

Abstract:

To clarify the effect of the floating body′s shape parameters on the energy capture performance and working stability, an oscillating float type wave energy converter (WEC) model with linear power take-off system was established. Frequency domain calculation theory was used to deduce the formulas of energy capture power and energy capture width ratio. After introducing the numerical simulation steps of floating body in frequency domain, ANSYS-AQWA software was used to investigate the floater's energy capture power and energy capture width ratio with different bottom shapes and half vertex angles. Influence of shape parameters on the energy capture performance was drawn to provide a theoretical basis for the shape optimization of the floating body applied to the wave power supply device and floating platform. The results showed that the practical fabrication feasibility of circular truncated cone bottom was higher than that of cone and sphere. The energy capture characteristics and stability of circular truncated cone bottom were better than that of general cylindrical floating body in the intermediate wave frequency band. The energy capture performance and working stability of circular truncated cone floating body with big top and small bottom were better. The energy capture performance under intermediate frequency waves could be improved with the increase of the half vertex angle. The optimal power capture performance and working stability could be achieved with a proper apex angle.

Key words: wave energy, oscillating buoy wave energy converter, shape parameter, energy capture characteristics, AQWA simulation

中图分类号: 

  • TH137

图1

不同底面形状浮体结构示意图"

图2

不同底面形状浮体的垂荡幅值响应算子曲线"

图3

不同底面形状浮体所受的单位波高波浪激励力"

图4

不同底面形状浮体的垂荡俘能功率"

图5

圆台型浮体的结构示意图"

图6

不同半顶角的垂荡幅值响应算子曲线(α≥0°)"

图7

不同半顶角的垂荡幅值响应算子曲线(α≤0°)"

图8

不同半顶角圆台型浮体所受的单位波高波浪激励力(α≥0°)"

图9

不同半顶角圆台型浮体所受的单位波高波浪激励力(α≤0°)"

图10

不同半顶角圆台型浮体垂荡俘能功率(α≥0°)"

图11

不同半顶角圆台型浮体垂荡俘能功率(α≤0°)"

图12

不同半顶角圆台型浮体垂荡俘能宽度比(α≥0°)"

图13

不同半顶角圆台型浮体垂荡俘能宽度比(α≤0°)"

图14

垂荡俘能功率随圆台半顶角的变化曲线"

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