摘要
随着传统能源的过度开发利用，石油、天然气等资源逐渐枯竭，人们对能源的需求日益增加，开发可再生能源受到各个国家重视。波浪能蕴藏量大，分布广，全天候发电，成为新能源的热点。在多种波浪能发电装置中，振荡浮子式波浪能装置实际转化效率高和受水深影响小，具有较好的开发潜力。本文针对纵摇点吸式浮子的水动力特性和产生功率开展物理模型试验和数值仿真研究，主要研究内容包括： （1）基于Froude相似准则，开展了1∶50缩尺比的纵摇点吸式浮子在规则波作用下的水动力试验。研究了不同波周期、波高和能量输出（power take-off，PTO）阻尼工况下，波浪要素和PTO系统对模型水动力特性和产生功率的影响。 （2）基于Froude相似准则，开展了1∶50缩尺比的纵摇点吸式浮子在波流共同作用下的水动力试验。研究了不同波周期、流速方向、流速大小和PTO阻尼工况下，波浪要素、流和PTO系统对模型水动力特性和产生功率的影响。 （3）采用PIV设备测量了浮子在波浪、波流作用下流场特征，研究了仅波浪作用、波流同向作用和波流反向作用工况下浮子周围速度场和涡量场，研究了流场变化与浮子受力、位移之间的关系。 （4）采用基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）方法的开源软件DualSPHysics v5.0.4，研究了浮子底部形状、直径、吃水深度和自由度对浮子水动力特性的影响。 研究结果表明：在接近共振周期和PTO阻尼不大的工况中，波浪周期增加使浮子受力、位移和功率先增大后减小；波浪波高增加使浮子受力、位移和功率增大；波流同向流速增加使浮子受力、位移和功率逐渐减小；波流反向流速增加使浮子受力、位移和功率先增大后减小；PTO阻尼力增加降低浮子受力和位移，使浮子功率先增大后减小。在远离共振周期和PTO阻尼力较大工况中，浮子受力和位移变化趋势接近固定浮子受力和位移变化趋势。流改变了浮子流场的速度场和涡量场，进而改变波浪对浮子作用力。随着波浪周期增加，不同底部形状、直径和吃水深度浮子的Fx受吃水体积、吃水面积和波浪周期共同作用时幅值变化规律不明显，但是浮子Fz和位移有较好的规律性。
NETL