振荡浮子式波浪能装置水动力特性cfd数值模拟

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文振荡浮子式波浪能装置水动力特性CFD数值模拟博士研究生：国威指导教师：张亮教授学科、专业：流体力学哈尔滨工程大学2016年10月万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文振荡浮子式波浪能装置水动力特性CFD数值模拟博士研究生：国威指导教师：张亮教授学位级别：工学博士学科、专业：流体力学所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2016年6月论文答辩日期：2016年10月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngCFDSimul

2、ationofHydrodynamicCharacteristicsofOscillating-BuoyWaveEnergyConvertersCandidate:GuoWeiSupervisor:Prof.ZhangLiangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:FluidMechanicsDateofSubmission:June,2016DateofOralExamination:October,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据哈尔滨工程大

3、学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔

4、滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据振荡浮子式波浪能装置水动力特性CFD数值模拟摘要波浪能是一种蕴藏量巨大的海洋可再生能源，波浪能的利用可以极大地缓解能源紧张和环境污染的压力。作为波浪能利用的主要设备

5、，波浪能装置的水动力及能量吸收性能被广泛地研究，但仍有许多问题的研究尚不深入，如浮体与波浪的非线性作用、装置中PTO（PowerTake-off）的非线性耦合、多自由度运动时能量吸收等问题。本文以典型的振荡浮子波浪能装置为研究对象，采用理论分析与数值模拟相结合的方式，建立波浪能装置中浮子的水动力学模型，对典型波浪能装置的运动、载荷、能量吸收特性及自由面的形变、流场等展开研究，为波浪能装置的安全作业和高效运行提供理论方法和设计依据。本文综述了波浪能装置研发的国内外现状，阐述了理论及试验研究方法的进展，并给出本文所用CFD方法的基本理论，建立了浮子运动的CFD方法，通过对线性及

6、非线性波浪场的模拟，验证了数值水池造波的准确性；通过对圆柱和圆台浮子的模拟，与国外权威数据和试验数据比较，验证了数值水池在模拟浮子运动时的准确性。并利用该方法成功地模拟了浮子的线性波上浪、非线性波抨击及自由面形变的时域非线性问题。在浮子水动力性能方面，展开对典型形状的平底和半球底圆柱浮子，及开孔的圆柱和圆台浮子的水动力及能量吸收性能的探讨。针对开孔的圆柱和圆台浮子的垂荡采用自由振荡和阻尼振荡两种力学模型，从浮子运动、载荷及流场的角度阐述两种力学模型下影响浮子运动的本质机理，并通过流场揭示了开孔浮子孔内的月池现象和局部流动细节。引入俘获宽度比的概念衡量浮子能量吸收率的高低。在

7、单浮子的基础上，针对典型系泊双浮体波浪能装置的垂荡水动力特性展开研究，提出两种结构模型，对此建立运动方程形成两种力学模型。通过改变PTO阻尼系数和锚链弹性系数等控制参数阐述两种力学模型的优劣，并针对一种模型通过改变整体吃水、浮子、柱体质量和锚链弹性系数的方法研究固有周期对装置性能的影响。并采用非线性PTO对双浮体波浪能装置展开时域CFD模拟，基于此提出组合控制模式的概念，使装置在较大的阻尼系数带内维持较高的俘获宽度比。针对双自由度点吸式波浪能装置的垂荡和纵摇水动力特性展开研究，以浮子单自由度垂荡和纵摇时的水动力性能