浮子式波浪能轉換裝置機理的頻域及時域研究.pdf

1、近年來,全球能源供求的緊張和CO2減排的要求極大的刺激了海洋波浪能轉換科技的發(fā)展,多種不同樣式的波浪能轉換裝置在全球范圍內得到了應用,包括振蕩水柱式波浪能轉換裝置、收縮波道式波浪能轉換裝置和振蕩式波浪能轉換裝置。本文研究的是浮子式波浪能轉換裝置,它以一個浮子為吸收波浪能的載體,通過浮子的垂蕩運動,直接驅動線性發(fā)電機,或通過液壓傳動或機械裝置驅動發(fā)電機,完成波浪能到電能的轉換。本文通過頻域和時域分析等研究手段,探索了浮子式波浪能轉換裝置的

2、工作機理及其波能俘獲特性。
　　本文首先對直接驅動的浮子式波浪能轉換裝置進行了頻域分析,采用線性理論,在僅考慮浮子做垂蕩運動的情況下,假設能量輸出系統(tǒng)是線性的,建立了直接驅動的浮子式波浪能轉換裝置頻域運動方程,獲取了該系統(tǒng)的頻率響應函數(shù),推導了波浪能轉換系統(tǒng)在規(guī)則波和隨機波浪條件下的能量俘獲寬度。研究表明能量俘獲寬度受波譜譜峰頻率、頻率響應函數(shù)和能量輸出系統(tǒng)的影響。波譜譜峰頻率與固有頻率越接近,頻率響應函數(shù)的幅值越大,能量輸出系統(tǒng)

3、的阻尼系數(shù)越大,則能量俘獲寬度也越大。鑒于頻域分析無法充分考慮能量輸出系統(tǒng)非線性特性和控制對浮子式波能裝置波能俘獲特性的影響,本文還采用時域模擬方法研究了浮子式波浪能轉換裝置。介紹了狀態(tài)空間模型近似替代時域運動方程中卷積項方法,并使用該方法對直接驅動的浮子式波浪能轉換裝置進行時域模擬,假定能量輸出系統(tǒng)是線性的,對比時域模擬結果與頻域計算結果,驗證了狀態(tài)空間模型近似替代方法的準確性。
　　本文研究了能量輸出系統(tǒng)非線性特性對直接驅動的

4、浮子式波浪能轉換裝置波能轉換性能的影響。假定當浮體垂蕩運動速度較小時,活塞桿的阻尼力與運動速度呈正比,當運動速度較大時阻尼力為一定值。研究發(fā)現(xiàn),波能裝置在適宜的海浪環(huán)境條件下工作效率最佳,惡劣的海洋環(huán)境不會使波能俘獲性能獲得提升,反而會導致波能裝置的結構或系泊系統(tǒng)破壞。對能量輸出系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)的浮子式波浪能轉換裝置作了初步探討。在僅考慮浮子做垂蕩運動的情況下,采用狀態(tài)空間模型近似替代方法,對液壓系統(tǒng)進行了較為合理的簡化處理,建立了浮子式