碟型越浪式波能發(fā)電裝置的系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化研究.pdf

1、波浪能的開發(fā)利用可緩解當(dāng)前日益緊張的能源危機和環(huán)境問題。我國海洋能資源豐富且分布于東部經(jīng)濟發(fā)達(dá)的沿海地區(qū),具備開發(fā)利用的廣闊前景。碟型越浪式波能發(fā)電裝置作為一種新型越浪式波能轉(zhuǎn)換裝置,具備轉(zhuǎn)換效率高、適應(yīng)性好及可靠性高等優(yōu)點。本文在前期工作基礎(chǔ)上展開研究,著重考察能量的二次轉(zhuǎn)換過程,采用理論分析、物理模型試驗及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對裝置各部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,并完成系統(tǒng)裝配。
　　 前期研究成果表明,原始裝置可提供的水頭較低,現(xiàn)

2、有水輪機難以正常工作,本文提出兩種適應(yīng)于低水頭水力開發(fā)的水輪機:曲面葉片式和軸流槳葉式,分析其結(jié)構(gòu)形式及工作原理,由基本水力參數(shù),完成兩種水輪機的初步選型設(shè)計。對兩種水輪機葉片進(jìn)行受力分析,采用物理模型試驗與數(shù)值計算結(jié)合的方法研究兩種轉(zhuǎn)輪的工作性能。
　　 本文在自行設(shè)計的水輪機模型試驗水箱中進(jìn)行物理模型試驗研究,結(jié)果表明,對曲面葉片式水輪機,導(dǎo)流裝置的設(shè)置對水輪機的轉(zhuǎn)速、扭矩及輸出功率等性能參數(shù)均產(chǎn)生較大影響,應(yīng)選取性能較好的

3、流道模型作為進(jìn)一步考察的對象;對軸流槳葉式轉(zhuǎn)輪,流量是控制輸出功率的關(guān)鍵參數(shù)。兩種轉(zhuǎn)輪的對比結(jié)果表明,軸流槳葉式轉(zhuǎn)輪工作性能整體優(yōu)于曲面葉片式。
　　 本文進(jìn)行曲面葉片水輪機的二維數(shù)值模擬,優(yōu)化轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)、葉片角等參數(shù),獲取優(yōu)化后的葉形參數(shù);建立軸流槳葉式水輪機的三維數(shù)值模型,考察流量、轉(zhuǎn)速對輸出性能的影響。數(shù)值計算結(jié)果表明,上述兩種水輪機均可用于低水頭發(fā)電,但對于本文涉及的碟型越浪式裝置而言,軸流槳葉式更具優(yōu)勢。
　　

4、 研究水輪機正常工作對流量水頭的要求發(fā)現(xiàn),原始裝置提供的流量遠(yuǎn)大于水輪機的需求,裝置收集的大部分越浪量并未參與做功,而是直接溢出蓄水庫,造成越浪量的損失。故裝置的原始設(shè)計不合理,需對其進(jìn)行優(yōu)化。
　　 本文建立越浪式波能發(fā)電裝置的越浪-出流水力數(shù)值模型,經(jīng)驗證該模型能較準(zhǔn)確地描述裝置的越浪-出流過程,可在該數(shù)值模型中進(jìn)行系統(tǒng)各參數(shù)的優(yōu)化分析。本研究首先對越浪系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計算,獲取裝置內(nèi)外徑、引浪面斜率、裝置高度等幾何參數(shù)與

5、越浪量的關(guān)系;在AQWA中對裝置漂浮狀態(tài)的運動影響進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)水平放置的底面板不利于裝置維持自身平衡,易產(chǎn)生較大的縱搖及垂蕩,而底面板傾斜有利于減小縱搖及垂蕩幅度,減小自由漂浮的運動響應(yīng);對出流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析,建立出水管管長、管徑與出流量的關(guān)系,得出圓錐形蓄水池具備良好的出流效果和較高輸出效率的結(jié)論;裝置錨固方式初步選定為用錨鏈張力腿型式,由六根張力腿錨固于海底的錨固基礎(chǔ)上,裝置的垂蕩及縱搖狀況均較為理想,可滿足正常工作要求。