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原文传递大型造波机的板前波高测量系统的设计与研究

论文题名：	大型造波机的板前波高测量系统的设计与研究
关键词：	造波机;推波板;波高测量;振荡水柱;吃水深度
摘要：	造波机板前的波高测量是目前水力学实验中的重要环节之一，测量系统装置的成功研发可实现对造波机推波板前水位数据的实时连续测量，同时可实现自身供给电能，对于发展吸收式造波理论以及解决供电和数据传输问题具有重要的意义。从经济角度来说吸收式造波机在少许资金投入的同时使实验成果得到改善，传统造波机因为可靠性问题需再次投资人力物力实验多次但同时意味着解决问题期限变长，对科研不利且成本增加。总之波高测量系统对于发展吸收式造波是一项重要的基础工作，为造波机控制波浪运动提供了可靠依据，更重要的是为后续开发相关控制软件提供根基。　　为保证系统的正常运转，该研究除了测量模块还需要供电模块，鉴于导线检修等诸多因素本文使用无线方式进行供电和数据传输。供电模块采用振荡水柱波能转换装置，它安装方便且后续无需调整，长时间工作无磨损。本文基于测量系统的实用性为背景，将完整系统分为三大部分：波高测量模块、波能转换装置的气室研究和电源管理模块。　　波高测量装置运用一种新型的传感器，通过对该传感器的水电阻的数值测量间接反映水位情况。由于水电阻数值是很小的，系统需应用同步检波原理将微小的电阻信号从干扰信号中检测读出。该测量装置经过原理分析和可行性分析，从设计电路到焊接实物电路，最后调试测量输出值并绘制数据图。分析结果发现：电路输出信号与液位成线性关系，验证了设计电路的正确性，不仅提高了测量精度且允许测量范围有所扩展。　　本文中供电装置采用振荡水柱波能转换形式，运用流体分析方法分析结构参数对性能研究，选用雷诺时均方程，基于VOF模型构建装置的二维模型模拟仿真气室结构相关参数对波能俘获能力高低的影响。本文主要研究气室多个结构参数诸如宽度、前墙吃水深度、前墙厚度、底坡坡角等和入射波浪周期对波能转换造成的影响，同时获得对气室工作性能影响较大的参量。建模和流体分析模块分别利用Gambit和Fluent软件完成。研究发现：基于同样参数波浪运动的前提，气室前墙厚度能够在一定程度上影响波能转换效率，而气室宽度对效率影响并不显著，但当宽度数值越发增大时，效率反而减小；前墙厚度增大时效率会降低；前墙吃水深度较小时效率不高；坡角在20到30度之间的效率较高一些；波浪入射波周期长短对效率影响较大，短周期内随时间变大而效率提升，之后在周期变长后速效率降低。　　电源管理模块经过发动机、整流电路以及采用芯片LTM8061对转化的电能信号进行管理，以便支持传感器测量电路正常运转。风力发动机输出的电能信号之后经过全波整流进行处理，最终输入LTM8061进行管理后可对锂电池充电，电能信号经过一系列处理后可对波高测量电路进行稳定供电。数据通过A/D转换器、单片机和无线模块完成无线传输。　　这些模块缺一不可，共同构成了测量系统完成连续实时测量工作。研究结果对吸收式造波具有指导价值。
作者：	李琴
专业：	机械工程
导师：	陈广来
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文