OWC发电装置二次能量转换系统的优化设计研究

论文摘要

沉箱防波堤兼作岸式波能发电装置是一种十分新颖的海港水工建筑物。近年来，这种装置受到了世界各国的广泛关注。因为该装置的波能转换率较高，对地形的依赖性较小，此外，波能以气室内的空气作为媒介传递，冲击式透平发电机组不与海水接触，减少了波浪的破坏性。而冲击式透平作为振荡水柱波能发电装置的一部分，在能量的二次转换中具有十分重要的作用。因此，对沉箱防波堤兼作岸式波能发电装置的深入研究，有利于指导设计更为高效的波能转换与利用装置，也为解决日益严峻的环境能源问题提供了帮助。在前期研究的基础上，本研究通过物理模型试验和数值模拟相结合的方式，对OWC沉箱与空气透平进行研究。本文在物理模型试验的基础上，研究了OWC沉箱气室捕能效果。试验通过采集气室内波高、压强和输气管内空气流速，并对所采数据进行处理，得出波高、压强及空气流速的关系，计算得出一次能量转换效率。OWC沉箱气室的捕能效果研究分忻表明，沉箱气室内波高、气室内压强及输气管内流速具有一定联动性，气室内波高与输气管内空气流速的变化趋势基本一致，与气室内压强的变化存在二分之一周期的相位差。对冲击式透平的数值模拟研究发现，改进后的不对称翼冲击式透平动叶片在速度入口方向的压力值较大而速度值较小，在压力出口方向的压力值较小而速度值较大，且拉伸后的透平的工作效率值得到提高。本文优化研究了二次能量转换系统，为本装置的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 能源发展现状与趋势
• 1.1.2 海洋能
• 1.1.3 中国海洋能利用现状及发展趋势
• 1.2 岸式振荡水柱式发电装置的工作原理及研究现状
• 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的研究现状
• 1.3 岸式振荡水柱发电装置空气透平的研究现状
• 1.3.1 威尔斯式空气透平
• 1.3.2 冲击式透平
• 1.4 开孔沉箱式防波堤的国内外研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 OWC 沉箱气室的工作性能研究
• 2.1 物理模型实验
• 2.1.1 实验设备及仪器
• 2.1.2 试验模型比尺的选取及模型仪器布置
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验内容与方法
• 2.2.2 试验工况
• 2.3 试验数据处理
• 2.3.1 规则波作用下气室捕能效果分忻
• 2.3.2 不规则波作用下气室捕能效果分忻
• 2.4 OWC 沉箱气室的能量转换率
• 2.4.1 入射波总能量
• 2.4.2 气室内波能转换率
• 2.5 小结
• 3 透平数值模拟方法
• 3.1 简述
• 3.2 FLUENT软件简介
• 3.2.1 FLUENT的求解计划
• 3.3 流体力学基本方程
• 3.4 湍流模型
• 3.4.1 标准k-ε 模型
• 3.4.2 RNG、k-ε模型
• 3.4.3 切应力输运k-ω模型
• 3.4.4 雷诺直力方程模型
• 3.5 边界条件
• 3.6 小结
• 4 不对称翼冲击式透平工作性能的数值模拟研究
• 4.1 概述
• 4.2 非对称翼冲击式透平的研究参量
• 4.3 非对称翼冲击式透平数值模拟方法研究
• 4.3.1 不对称翼冲击透平三维模型计算
• 4.3.2 动叶片拉伸长度对透平工作性能的影响
• 4.4 小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 本文的研究总结
• 5.2 对 OWC 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