涡激振动潮流能转换装置获能原理研究

孙飞

中国海洋大学

摘要：

潮流能作为一种绿色可再生能源，其可持续性、高能量密度、丰富的蕴藏量等特点，使其成为发展前景广阔的领域。目前利用潮流能发电装置中水轮机是目前潮流能发电的主流形式。由于潮流能的能量密度与流速的立方成正比，因此在潮流流速较低的海域利用水轮机开发海流能，势必需要增大潮流能装置的尺度，对水深也提出了更高的要求，同时由于水轮机需要一定的起转流速，在流速较低时很难实现有效的能量转换，而利用涡激振动获能原理进行发电则是一种适于在较低流速环境的低成本潮流能发电方式。但由于涡激振动获能原理发电的开发还处于初级阶段，对涡激振动的获能原理研究还不够深入。本文从涡激振动潮流能转换装置发电原理研究出发，通过半经验理论方法、数值模拟方法和实验的方法，研究了涡激振动获能原理模型机在潮流中的水动力特性。　　本文首先总结了涡激振动潮流能转换装置获能的研究，对影响涡激振动的关键参数进行系统整理，掌握了研究的最新进展，利用涡激振动的经验模型—流体力分解模型，建立了涡激振动方程，对其进行求解，获得涡激振动响应的振动频率和振幅；在求解涡激振动运动方程的基础上，结合实验数据和经验公式，建立涡激振动预测模型；最后，结合理论分析结果和预测模型，创立了涡激振动耦合数学模型，确定了模型机关键参数，设计了模型样机；在数值模拟方面，对于低雷诺数情况下的圆柱绕流进行受迫运动的数值模拟，确定“锁定”区间的响应频率ef和振子静止时泄涡频率sf的频率比*f范围；实验研究方面，研究弹性支承下圆柱的涡激振动，对于单一参数：流速、弹性系数、弹簧组合方式对涡激振动响应的影响，根据实验数据的记录和处理，记录每次产生共振的涡激振动横向位移和频率。经过实验结果分析，验证了涡激振动预测模型及数值模拟的合理性。　　本文通过对涡激振动潮流能转换装置发电原理的研究，初步揭示了涡激振动发生的参数匹配关系，为涡激振动响应的水动力特性分析提供了参考和指导，为涡激振动模型实验样机设计及应用奠定了有意义的理论基础。

关键词：潮流能;涡激振动;转换装置;获能原理;水动力特性

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：机械工程

导师姓名：袁鹏

学位年度：2013

语种：中文

分类号：P743.3;TM612

页数：87

在线出版日期：2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）