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不规则波作用下兼顾波力发电防波堤结构设计及优化研究
| 论文题名： | 不规则波作用下兼顾波力发电防波堤结构设计及优化研究 |
| 关键词： | 波力发电防波堤;结构设计;不规则波;变化规律 |
| 摘要： | 随着国家经济的发展、人口剧增和生活水平的提高，能源需求量持续增加，能源问题已成为全球普遍关注的焦点，伴随着传统能源的日益枯竭，开发并使用清洁、经济的可再生能源势在必行。波浪能作为一种易于直接利用的可再生清洁能源，近年来受到国内外学者的广泛关注。兼顾波力发电防波堤综合利用了开孔沉箱防波堤与振荡水柱波能发电装置的共性特点，在维护港内水域平稳，保护港区免遭波浪侵袭的同时，还可兼顾波浪能发电，实现可再生能源的开发利用，有效缓解能源短缺问题。 本文以“岸基式能源岛创新工程”项目为依托，开展不规则波下CU-OWC&CB结构设计与试验研究。首先根据结构初步设计结果进行物理模型试验，探究不规则波作用下的堤前波浪力变化规律及其影响因素;然后计算分析兼顾波力发电防波堤在典型工况和极端工况下的结构稳定性;最后基于试验模型波浪力及其分布特征，利用有限元分析软件建立有限元数值仿真模型，探究结构捕能气室部分应力应变分布特征，完成结构空间尺寸的优化设计。具体研究内容如下: (1)基于STAR-CCM+软件，建立二维数值波浪水槽模型，确定给定工况下波浪能转换装置的最佳倾斜角度;开展结构几何尺寸初步设计研究，根据理论公式，验证结构整体稳定性。 (2)开展不规则波下物理模型试验研究，模拟试验不规则波要素，明确试验操作流程;获取各监测点波压力的时程变化曲线，探究入射波周期、波高、工作水位、通气孔尺寸影响因素与波压力之间的关系，确定结构所受波浪力大小及分布特征。 (3)基于物理模型试验结果，对比分析理论计算、规则波及不规则波试验获取的波浪力，研究波浪力变化趋势，分析堤前波浪力变化原因，开展不规则波下结构整体稳定性研究。 (4)基于ANSYS有限元分析软件，建立计入不规则波浪荷载下的有限元数值分析模型，开展结构静力响应分析，探究捕能气室迎浪侧外壁及底部应力应变分布特征;鉴于结构初步设计方案优化空间较大，对沉箱尺寸及填料高度进行优化，基于数值模拟结果确定最优填料高度，完成优化后结构的整体稳定性计算。 |
| 作者： | 徐前 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 李明伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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