越浪式波能发电装置的能量转换系统设计研究
波浪能是大海中无处不在的可再生能源，波浪能的利用对经济建设和国民生活有着重要的意义。由于我国岛屿众多，其中一部分距离陆地比较远，各种物质与能源供应比较困难且成本比较高，然而波能发电装置能量转化系统的研究尚处于初期研究阶段，对其研究不够深入。本文从越浪式波能发电装置的蓄水系统出发，结合计算流体动力学、风力机扩散器原理以及低速风洞收缩段的设计原理和方法，研究波能发电装置的能量转换系统，提高系统的转换效率，以获得更多的电能。 本文总结了国内外波能发电装置以及波能转换装置的研究进展；根据越浪式波能发电装置的功率设计要求，再结合设计水头、越浪量以及结构型号等综合条件选择水轮机的型号；根据水轮机的设计原理分别对选定的水轮机机型转轮叶片进行受力分析、转轮直径进行设计计算；结合发电装置的功率设计要求以及上述的设计和计算，确定出水管的管径大小和该发电装置对排水管内流量大小的要求。 对越浪式波能发电装置蓄水系统中的蓄水池初步设计成圆锥型，进行对比的蓄水池模型为圆柱型、圆型；运用计算流体动力学、风力机扩散器原理以及低速风洞收缩段的设计原理和方法对蓄水池的型线进行设计，分别对上述几种类型的蓄水池进行三维建模。 运用计算流体力学分析软件Flow-3D,建立数值波浪水槽，对出水管的管径大小进行数值模拟以确定最优的管径大小；根据确定的管径大小，在相同的初始条件和边界条件下，分别对不同长度的排水管进行数值模拟，根据模拟的结果优选出符合本装置的最优排水管长度；为了提高波能发电装置能量转换系统的效率，设计并研究了不同形状以及不同形式蓄水池的水动力性能，分析了不同形状、阻力系数、型线、收缩比等参数的蓄水池对波能发电装置转换效率的影响，充分考虑波浪跃入蓄水池内的波浪能被充分利用的情况，优选出性能最好的蓄水池，以提高整个装置的发电效率。 本文通过对波能发电装置能量转换系统的研究，初步揭示了不同直径的管径、不同长度的排水管以及不同形状的蓄水池对波能发电装置转换效率的影响，为以后研究波能发电装置的能量转换系统提供了参考与指导，为今后越浪式波能发电装置在实际工程中的运用提供一定的理论基础。
波浪能;发电装置;能量转换系统;设计原理
中国海洋大学
硕士
机械工程
张开升
2013
中文
P743.2;TM612
85
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）