具有聚波特性的柔性浮式波浪能转换技术研究

应用数值方法、模型实验方法研究一种具有聚波特性的漂浮式柔性波浪能转换系统在不同波况下的水动力学特性，分析阻尼系统（柔性液压系统）与能量采集系统（振荡浮子）之间的匹配关系，设计并优化柔性结构的数学模型，优化波浪能转换系统的结构，分析锚泊系统对转换系统的影响，将为实际系统的优化设计、结构设计、系泊系统设计和保护措施研究提供理论指导、基础数据和经验，有利于发展具有我国自主知识产权的、适合我国海区波况、具有实用价值的波浪能发电系统。

应用解析、数值、模型实验三种方法研究了一种具有聚波特性的漂浮式柔性波浪能转换装置在不同波况下的水动力学特性和转换效率，在国内首次与国外同步独立应用粘性阻尼二自由度受迫振动理论研究双浮体波浪能装置的能量转换和响应问题，进行了柔性泵的物模实验，并把研究成果应用到了相关实型样机的设计中。.1、双浮体转换问题解析解。把双浮体波能装置物理问题简化化为具有粘性阻尼二自由度的受迫振动系统，采用线性波理论和特征函数展开匹配法（针对圆柱形浮体）求解了双浮体的辐射和绕射问题，推导了波能装置的响应和转换效率，给出了优化原则，进行了数值研究。数值分析表明尽管波浪引起的附加质量及阻尼系数随入射波频率是变化的，导致研究对象质量项、阻尼项是变化的，但是波能装置二自由度幅频特性同普通的有阻尼二自由度受迫振动幅频特性一致，有两个同阻尼无关点；无弹簧时，无论何种工况，转换效率曲线只出现一个峰值；有弹簧时，无论何种工况，曲线出现了两个峰值。两峰值的出现为拓宽转换效率的频谱宽度提供了理论依据。.2、双浮体转换问题数值解。圆柱型模型边界涡旋效应强，导致解析解同水槽模型实验结果差异大。为了减少涡旋效应，水面浮体形状改成陀螺形，采用边界元方法（特征函数展开匹配法失效）分析了三种锥度条件下双浮体的水动力学问题，并用粘性阻尼二自由度振动理论对其构成的波浪能装置进行了优化计算。研究表明在工况基本一致条件下，不同锥度模型转换效率有一定的差别，在波能装置的设计中必须针对不海域的谱峰值进行锥度设计。.3、双浮体柔性泵模型实验。根据理论计算结果设计了两个柔性泵模型。模型实验表明弹性系数、泵出入口的大小、柔性泵的吃水深度、阻尼大小等因素影响着柔性泵的转换效率，当阻尼匹配恰当时，水面浮体的水平运动幅度很小，目前模型实验得到的最大转换效率为6.6%，还有进一步提高的空间。该柔性泵结构简单，可用于水体交换和提水等。.4、对波能功率进行了统计研究。以线性波浪理论为基础，推导了随机波条件下有限水深波能功率表达式。研究发现有限水深的随机波波能功率受波浪水深属性的影响，并且某位置处的波能功率系数与特征波高和特征周期之间存在确定的系数关系，而仅采用深水波浪波能功率公式来统计某海域的波浪能资源，过低估计了该处的波浪能资源。 .目前发表/录用论文9篇（SCE/EI 6篇），投稿3篇，受理发明专利2个，研制模型2套，较好完成研究任务。