浮标波浪能转换装置模型设计及台架试验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文浮体基波浪能转换模块模型设计及台架实验研究硕士研究生：李灿指导教师：张亮教授学科、专业：力学论文主审人：马山教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文浮体基波浪能转换模块模型设计及台架实验研究硕士研究生：李灿指导教师：张亮教授学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertatio

2、nfortheDegreeofM.Eng.StudyontheDesignandBenchTestofaWaveEnergyModuleBuoybasedCandidate:LICanSupervisor:Prof.ZHANGLiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:Jan,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngin

3、eeringUniversity哈尔滨工程大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

4、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

5、浮体基波浪能转换模块模型设计及台架实验研究摘要海洋浮标是一种用于海洋环境参数监测的主要仪器设备。现有浮标的常规供电方式为太阳能光伏供电，但太阳能供电受到昼夜的限制，而且随着浮标的大型化和功能多样化，太阳能供电已不能满足浮标功率的需求。而海洋波浪能分布广泛、能量密度高、不受昼夜限制，是一种能够满足浮标能量需求的可再生能源。因此，本文开展基于海洋浮标的波浪能转换技术研究，以实现利用波浪能为浮标供能为目标，对于解决浮标在海上长期、持续、独立运行的问题具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在分析现有浮标运动特性的基础上

6、，提出了一种基于浮标本体在内部搭载波浪能转换模块的思路，并开展详细研究。首先，利用基于线性频域边界元理论的AQWA软件，得到水动力学系数，并计算运动响应。然后，基于相似理论，并结合哈尔滨工程大学拖曳水池相关参数，确立了缩尺比，并设计和加工了波能转换模块的实验模型，以此开展波浪能模块的设计和实验研究。波浪能转换模块模型主要由质量系统、阻尼系统和弹簧系统组成。另外，针对实验海况条件，研制了运动模拟实验台架，模拟浮标在海浪中不同幅值和不同周期的运动。针对波浪能转换模块模型进行实验方案设计和台架实验研究。根据阻尼测试结

7、果，优化了机械结构，提高了系统的整体机械效率。利用频域理论，垂荡运动模拟实验设计了不同机械参数（质量系统质量、弹簧系统弹性系数、阻尼系统阻尼）组合，以及运动模拟平台的运动参数（周期和幅值）。基于线性阻尼假设，推导出了系统阻尼的求解方法，用以分析不同工况下的阻尼系统的阻尼特性。实验验证了波浪能模块机械结构的机械特性和能量转换性能，计算得到了机械系统的平均效率。通过实验和理论结果的对比分析，机械系统内部除质量系统外的其他活动部件的惯性会导致理论和实验结果出现较大误差，因此需要对理论模型中的惯性力项进行质量修正。通过

8、分析运动和功率实验结果，阻尼系统具有一定的非线性，当选取共振频率处的阻尼作为理论分析特征阻尼时，理论和实验结果吻合较好。通过对比不同机械参数组合下的运动和功率曲线，分析了机械参数对运动和功率响应的影响。关键词：浮标；波浪能；水动力分析；相似理论；台架实验I浮体基波浪能转换模块模型设计及台架实验研究ABSTRACTThemarinebuoyisamajorinstrumentformon