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動浮子與靜浮體之間的相對垂蕩運動將波浪能轉(zhuǎn)換為機械能，再利用能量吸收裝置PTO(Power Take-Off)將浮子運動的機械能轉(zhuǎn)換為電能，具有結(jié)構(gòu)形式簡單、能量吸收率高等優(yōu)點，在海洋可再生能源領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。本文針對多體振蕩式海洋能裝置的總體性能展開了研究，并進行了模型試驗驗證，主要研究內(nèi)容如下：
　　建立了多體振蕩式海洋能裝置的數(shù)學(xué)運動模型。在考慮了浮體的6自由度運動以及浮子的相對垂蕩運動的

2、基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了浮體-浮子的7自由度非線性聯(lián)合運動方程。進一步將聯(lián)合運動方程整理為一階非線性常系數(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)階的四階龍格庫塔法對整理后的聯(lián)合運動方程進行了數(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，對波浪載荷、錨泊載荷和PTO系統(tǒng)阻尼力分別進行了分析。根據(jù)多體振蕩式海洋能裝置中浮體與浮子的尺寸特征，采用完全細長體理論計算浮體的波浪載荷，采用Froude-Kr

3、ylov理論計算浮子的波浪載荷，采用半耦合動力模型計算錨泊載荷，采用線性阻尼模型分析PTO系統(tǒng)阻尼力。
　　對海蘑菇波浪能裝置的總體性能進行了數(shù)值分析。結(jié)合已有的模型試驗數(shù)據(jù)，對于海蘑菇波浪能裝置數(shù)學(xué)運動模型的適用性和準確度進行了驗證，對該裝置作業(yè)海況下的運動響應(yīng)及輸電性能進行了數(shù)值分析。通過海蘑菇波浪能裝置與單自由度波浪能裝置數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果的對比，分析了浮體縱搖運動和浮子垂蕩運動之間的耦合效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，對于浮體縱搖PTO阻

4、尼系數(shù)和浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進行了參數(shù)分析。
　　對STC(Spar-Torus Combination)風浪能混合利用系統(tǒng)的總體性能進行了數(shù)值分析。結(jié)合已有的模型試驗數(shù)據(jù)，對于 STC風浪能混合利用系統(tǒng)數(shù)學(xué)運動模型的適用性和準確度進行了驗證，對該裝置在作業(yè)海況下的運動響應(yīng)及輸電性能進行了數(shù)值分析?？紤]Spar固定不動和系統(tǒng)正常作業(yè)兩種模式，分別對浮子垂蕩PTO阻尼系數(shù)進行參數(shù)分析。通過對比兩種模式的數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果，分析了 P