不规则波作用下沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置性能研究

论文摘要

沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置是一种新型的港工建筑物,它是集合了防波堤与岸式振荡水柱波力发电装置的共性特点设计而成。它除了能防浪消浪,为港区提供良好的泊稳条件,还能将入射的波能吸收转换为电能。将沉箱隔舱作为OWC (Oscillationg Water Column)气室,不仅节省了沉箱防波堤工程造价,而且解决了岸式振荡水柱波力发电装置建造费用高的问题,可谓一举两得。本文正是在前期研究的基础上,通过物理模型试验对不规则波作用下装置的捕能效果进行进一步研究。本文主要是在物理模型的基础上,研究了沉箱气室捕能效果。模型试验主要包括波压力试验和气室捕能效果试验。本文根据微幅波理论推导出适于本装置大开孔的波压力公式,并将波压力试验数据与公式计算结果对比验证,二者吻合良好,表明波压力公式适用于本装置的理论计算。在沉箱气室捕能效果模型试验中,本文主要采集了沉箱气室内的波高、气压以及输气管的空气流速等数据。试验数据处理结果显示,沉箱气室内波幅、气室压强幅值以及输气管内空气流速具有一定的联动性,气室捕能效果主要受入射波要素、气室工作水位、前墙吃水深度及负载因素等影响。为获得良好的捕能效果,本装置更适合于大波高、长周期的入射波的条件,同时,装置应处于较低前墙吃水深度的工作状态。本文根据试验数据计算了沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置的一次转换效率。结果显示,当入射波周期较长、装置吃水深度较低时,装置一次转换效率较高。这与前期研究成果具有一致性。本文主要是基于物理模型试验,得出装置在不规则波作用下的工作规律,提出了关于装置捕能效果的合理化建议,为本装置的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 能源发展趋势
• 1.1.2 海洋能资源概况
• 1.1.3 中国波浪能概况及利用现状
• 1.2 岸式振荡水柱式发电装置的研究现状
• 1.2.1 岸式振荡水柱式发电装置的工作原理
• 1.2.2 岸式振荡水柱式发电装置应用现状
• 1.3 开孔沉箱国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容和目标
• 2 沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置的工作原理和量纲分析
• 2.1 装置设计及原理介绍
• 2.1.1 沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置的工作原理
• 2.1.2 沉箱防波堤设计条件
• 2.1.3 沉箱防波堤尺寸设计
• 2.1.4 沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置的前期研究成果
• 2.2 沉箱防波堤装置参数的量纲分析
• 2.2.1 量纲分析原理
• 2.2.2 装置量纲分析
• 2.3 小结
• 3 不规则波作用下沉箱防波堤波压力的模型试验研究
• 3.1 试验模型设计介绍
• 3.1.1 试验设备和仪器
• 3.1.2 模型比尺选取及仪器布置
• 3.2 波压力试验设计
• 3.2.1 不规则波波浪要素选取
• 3.2.2 沉箱波压力试验工况设计
• 3.3 实验数据处理
• 3.4 沉箱正向所受波浪力公式
• 3.4.1 波浪基本理论
• 3.4.2 开孔沉箱势函数的导出
• 3.4.3 沉箱防波堤前墙波压力公式
• 3.4.4 试验验证
• 3.5 小结
• 4 不规则波作用下沉箱气室捕能效果影响因素分析
• 4.1 模型试验介绍
• 4.1.1 实验仪器介绍
• 4.1.2 试验工况介绍
• 4.2 气室内波面变化影响因素分析
• 4.2.1 入射波高影响因素分析
• 4.2.2 入射波周期因素影响分析
• 4.2.3 工作水位影响因素分析
• 4.2.4 前墙吃水因素影响分析
• 4.2.5 负载因素影响分析
• 4.2.6 气室内波高与入射波高的时域对比分析
• 4.3 气室内压强影响因素分析
• 4.3.1 入射波高影响因素分析
• 4.3.2 入射周期影响因素影响分析
• 4.3.3 工作水位影响因素分析
• 4.3.4 前墙吃水因素影响分析
• 4.3.5 负载影响因素分析
• 4.4 沉箱气室的能量转换率
• 4.4.1 入射总能量
• 4.4.2 转换的能量
• 4.4.3 一次转换效率
• 4.5 小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文主要结论
• 5.2 对沉箱防波堤兼作岸式波力发电装置进一步研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文