浮式波浪能装置带约束多浮体非线性耦合运动的机理研究

The interactions of constrained multiple floating bodies for the kinds of multi-body wave energy devices are always nonlinear, unsteady and coupled together. It’s a complex nonlinear coupling motion system..To satisfy the requirement of accurate prediction of the devices motion, this dissertation focuses on the study of the time domain faster prediction techniques of nonlinear coupling motion of the constrained multi-body system, aiming to develop hydrodynamic optimal design methods.Based on potential theory，the boundary element model of Green function satisfying transient nonlinear body surface condition was used．The boundary value problem was solved by the B-spline higher-order panel method．The ISITIMFB (iterative semi implicit time integration method for floating bodies) was applied to solve the body’s velocity and displacements．The system motion equations are.established by Kane method..The multiple freedom motions of the devices are calculated to expound the mechanism of the nonlinear coupling motion of the constrained multi-body system. The present numerical methods are verified through various muti-body wave energy devices model experiments. This project can assist the development of wave energy conversion technologies in china as theoretical basis and tools of understanding and quantification of the multi-body wave energy devices behavior.

多浮体波浪能装置为近年来的研究主流，其由多个浮体构成，浮体间通过某种运动约束连接。各浮体间相互作用和影响总是非线性、非定常且耦合在一起的，构成复杂的带约束多浮体非线性耦合运动系统。.为了满足该类装置设计中对准确预报载荷和运动的要求，本项目以发展带约束多浮体非线性耦合运动的时域快速数值预报方法为主，基于非线性势流理论，应用非线性瞬时物面条件的时域格林函数边界元模型，发展基于组合B 样条的高阶面元法求解边值问题和迭代半隐式时域步进法对流场和浮体运动进行求解，采用凯恩方法建立多浮体动力方程。.通过时域内直接求解装置多体耦合运动，直观地反映带约束多浮体运动模态特征和耦合特性，阐明带约束多浮体非线性耦合运动的普遍响应规律。将开展多种多浮体波浪能装置模型试验，保证发展的计算方法得到验证。本项目发展的理论方法可作为多浮体波能装置设计和性能评价的理论基础和工具。

多浮体波浪能装置为近年来的研究主流，其由多个浮体构成，浮体间通过某种运动约束连 接。各浮体间相互作用和影响总是非线性、非定常且耦合在一起的，构成复杂的带约束多浮体 非线性耦合运动系统。为了满足该类装置设计中对准确预报载荷和运动的要求，本项目以发展带约束多浮体非线 性耦合运动的时域快速数值预报方法为主，基于非线性势流理论，应用非线性瞬时物面条件的时域格林函数边界元模型，发展基于组合B 样条的高阶面元法求解边值问题和迭代半隐式时域 步进法对流场和浮体运动进行求解，采用凯恩方法建立多浮体动力方程。通过时域内直接求解装置多体耦合运动，直观地反映带约束多浮体运动模态特征和耦合特性，阐明带约束多浮体非线性耦合运动的普遍响应规律。本项目发展的理论方法可作为多浮体波能装置设计和性能评价的理论基础和工具。.按照课题研究计划，按时完成了研究内容和考核指标，得到了快速有效的波浪能装置带约束多浮体耦合运动的时域计算方法。以往对多浮体波浪能装置水动力学问题的研究大部分局限于频域多维和时域一维运动，数学模型的不精确带来的计算偏差降低了数值模拟可信度。对该类装置带约束多浮体非线性耦合运动尚未从机理上弄清，而这有可能导致实海况下装置实际获能效率的降低，大浪下装置出现严重事故。本课题采用非线性势流理论研究多浮体波浪能装置的时域多维运动，并开展了多种多浮体波浪能装置水槽模型试验，保证建立的理论得到验证，使数学模型与实际符合性更高，理论更加系统化、适用范围更广。课题负责人第一作者/通讯作者发表SCI/EI论文6篇。申请国际发明专利3项，授权2项；申请国内发明专利3项，授权2项；培养研究生和青年职工3 名，开展国际学术交流多次。