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浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究

作　者: 黄炜
导　师: 林勇刚
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 波浪能发电 水动力学计算 AMEsim仿真 数字式组合液压缸 功率稳定性
分类号: TM612
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


能源和环境是当今社会的两大热门问题,波浪能作为储量丰富的可再生绿色能源是可再生能源领域的研究热点。随着波浪能发电愈来愈被重视,世界各国提出了许多波浪发电的新设想和新技术,至今大约有340余种不同的方案,发明专利超过千项。摆式波浪能发电装置作为波浪能发电装置的一种,其商用价值在不断深入研究的过程中逐渐被体现出来。本文主要是关于浮力摆式波浪能发电装置的仿真与实验研究。从理论计算、仿真研究和厂房实验等三个方面对浮力摆式波浪能发电装置进行研究。其中理论计算为浮力摆和液压系统的设计提供了理论依据,同时提供了对装置工作地点选址的参考。仿真实验主要利用AMEsim仿真软件研究模拟波浪力作用下装置的功率稳定性,同时验证了数字式组合缸方案的可行性。厂房实验中,利用推动液压缸模拟波浪力,研究装置的功率稳定性,与仿真实验对比分析。论文各章内容分别简述如下：第一章论述了课题的研究背景、波浪能发电装置的国内外研究现状,提出了课题的选题意义及研究内容。第二章具体论述了浮力摆式波浪能发电装置的组成和基本原理,分析了在装置的研究过程中的关键技术。第三章首先以微幅波理论,对浮力摆固定在中位不动时的波浪力幅值进行计算分析。然后推导了浮力摆运动情况下装置的一次能量捕获效率,并分析了其与水深、浮力摆的机械阻尼等的关系。第四章基于前章的理论基础,对液压系统进行了设计和元件选型。利用AMEsim对模拟波浪力作用下液压系统的各项性能进行了仿真研究。同时。针对波浪能发电装置的特殊性,提出了一种数字式组合液压缸的设计方案,并对其在液压系统中的工作情况进行仿真,验证方案的可行性。第五章对浮力摆式波浪能发电装置5kW样机进行厂房实验,研究浮力摆式波浪能发电装置的在模拟波浪力作用下的功率性能,以及变量马达对装置的发电功率的影响。第六章总结论文的主要研究内容,并提出了对以后工作的展望。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-25
  1.1 课题研究背景  12-15
  1.2 国内外研究现状  15-23
    1.2.1 振荡水柱式波浪能发电技术发展及研究现状  16-18
    1.2.2 越浪式波浪能发电技术发展及研究现状  18-20
    1.2.3 振荡浮子式波浪能发电技术发展及研究现状  20-23
  1.3 本文的选题意义及研究内容  23-25
    1.3.1 选题意义  23-24
    1.3.2 研究内容  24-25
2 浮力摆式波浪能发电装置的组成、基本原理及关键技术  25-33
  2.1 浮力摆式波浪能发电装置的组成  25-29
    2.1.1 波浪能发电装置的一般组成  25-26
    2.1.2 浮力摆式波浪能发电装置的组成  26-29
  2.2 浮力摆式波浪能发电装置工作原理  29-30
  2.3 浮力摆式波浪能发电装置的关键技术  30-32
    2.3.1 波浪力的计算与仿真  30-31
    2.3.2 功率稳定性  31-32
    2.3.3 频率稳定性  32
  2.4 本章小结  32-33
3 浮力摆水动力学计算与分析  33-62
  3.1 浮力摆的受力分析  33-43
    3.1.1 微振幅波的基本方程和边界条件  33-36
    3.1.2 波浪水质点运动轨迹  36-38
    3.1.3 微幅波的压力场分布及浮力摆的受力与力矩分析  38-43
  3.2 浮力摆的二维水动力学研究  43-60
    3.2.1 运动方程解析  43-51
    3.2.2 浮力摆式发电装置的能量捕获率分析  51-53
    3.2.3 计算结果分析  53-60
  3.3 本章小结  60-62
4 浮力摆式波浪能发电装置液压系统设计及仿真  62-88
  4.1 浮力摆式波浪能发电装置整体方案  62-65
    4.1.1 浮力摆式波浪能发电装置的结构组成  62-64
    4.1.2 浮力摆式波浪能发电装置的工作原理  64-65
  4.2 液压系统设计及元件选型  65-71
    4.2.1 液压系统原理设计  66-69
    4.2.2 液压系统元件选型  69-71
  4.3 波浪力作用下液压系统的仿真研究  71-80
    4.3.1 微幅波作用下液压系统仿真  71-77
    4.3.2 不规则波浪作用下液压马达输出功率仿真  77-80
  4.4 液压系统中蓄能器和变量马达的仿真研究  80-83
  4.5 一种数字式组合缸的设计及其仿真研究  83-87
  4.6 本章小结  87-88
5 浮力摆式波浪能发电装置实验研究与结果分析  88-100
  5.1 实验平台的设计与搭建  88-93
  5.2 模拟波浪力作用下装置性能研究  93-98
    5.2.1 微幅波作用下装置的发电功率研究  93-96
    5.2.2 不规则波作用下装置的发电功率研究  96-98
  5.3 变量马达对装置性能影响研究  98-99
  5.4 本章小结  99-100
6 总结与展望  100-102
  6.1 论文总结  100-101
  6.2 工作展望  101-102
参考文献  102-107
附录  107

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 水力发电
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