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波能装置与浮式防波堤集成系统的水动力特性研究
| 论文题名： | 波能装置与浮式防波堤集成系统的水动力特性研究 |
| 关键词： | 振荡浮子式波浪能转换装置;浮式防波堤;消波性能;波能转换;水动力性能 |
| 摘要： | 振荡浮子式波能转换装置是一种转换效率很高的波浪能转换装置，但其研发及建造成本昂贵，严重制约了高效波浪能转换装置的发展。同时，浮式防波堤主要通过反射波浪进行消波，由于波浪能量密度高，因此防波堤会受到巨大的环境应力载荷。由于波浪能转换装置通过转换波浪能降低了波浪所具有的能量，起到了类似防波堤的消波作用并对浮式防波堤有一定的保护作用，因此，将浮式防波堤与振荡浮子式波浪能转换装置集成，既能降低研究成本，又能对防波堤起到保护作用。 本文分别基于势流理论，应用高阶边界元方法，建立了波浪与二维浮体相互作用的线性和完全非线性时域数值水槽模型。其次，基于粘性计算流体动力学(CFD)理论和Star-CCM软件平台，建立了二维CFD数值模型。然后，对所建模型进行了时间步长和空间步长收敛性、造波以及波浪与二维浮体相互作用的准确性验证，保证了本文所用数值模型的正确性。同时，将两种数值模型的计算结果与已发表的实验结果进行对比，研究粘性对计算结果的影响，并确定使用所建立的CFD数值模型进行下一步的研究。 然后，应用所建立的数值模型，研究了在动力输出装置(Power Take-Off，PTO)最优阻尼下单浮体型波浪能发电装置与浮式防波堤集成装置的浮子底部形状、浮子宽度、浮子水下各部分比例和浮子底部挡板高度对装置消波性能和波能转换性能的影响，通过模拟研究得出一种新的浮子形状，该形状的浮子具有良好的消波和波能转换性能，同时可以根据研究结果对浮子的几何参数进行优化，提高装置的性能。 最后，本文基于对单浮体集成装置的研究，在其后放置一个固定的方箱形防波堤，组成双浮体混合装置进行研究。本章对比研究了单浮体集成装置和双浮体混合装置的水动力性能，并分析了浮子形状、浮子吃水比、浮子宽度比以及浮子间距对双浮体混合装置的水动力性能的影响。 |
| 作者： | 张恒铭 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 吴国雄 |
| 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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