开题报告-基于涡激振动的电能转换装置设计

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1、中国海洋大学本科毕业论文（设计）开题报告目基于涡激振动的电能转换装置系业名号师姓教、生导聲专学学指工程学院机电系机械（年级）2011级教务处制表2015年04月02日一、选题依据1、课题来源：自然科学基金与部、省、市级以上科研课题。该课题为《基于涡激振动的电能转换装置》，课题要求学生完成涡激振动发电装置中传动部份的设计。2、选题依据及背景情况：随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大，而在过分的消耗不可再生能源之时，保护环境，可持续发展的呼吁声逐渐增强。因此，可再生能源与清洁能源就成为了现在研究的大势。如何利用浩瀚

2、海洋中的能量也是其中一个十分重要的研究方向。从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。这种交替发放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体（管体）的周期性振动。利用涡激振动原理将能量捕捉，通过机械结构将能量转换成发电机的转动，以此实现电能转换的目的3、课题研究目的：我们国家电力主要来源依然是火力发电，能占到总发电量的70%。通过消耗煤炭来实现我们口常的电能所

3、需，不仅使煤炭资源被过度消耗，煤炭燃烧过后产生的二氧化硫、氮氧化合物等废气会严重污染环境，影响人们的生存质量。为了解决这种矛盾的现状，选取该课题进行研究以期实现涡激振动对屯能的转换，为可持续发展战略尽一份绵薄之力。4、实际应用价值：利用涡激振动实现电能转换不会产生任何的污染物，完全可以清洁的产生电能。我国有300万海洋国土面枳，拥有18000多千米绵长的海岸线，这是我们能够利用海洋能的天然的有利条件。而且我国的沿海城市经济发展水平相对更高，对电力的需求也更大，如果能够实现涡激振动对屯能转换的大规模应用，将会大大缓解

4、沿海城市的电力压力，并且解放出火力发电，节省下大量的煤炭，对环境的保护也会有十分积极的意义。二、文献综述国内外研究现状：涡激振动的研究主要有模型实验研究、经验模型研究和计算流体动力学（CFD）数值模拟研究。涡激振动研究是从实验研究开始的⑵。在过去的近半个世纪中,许多学者都研究过弹性支撑柱体（多数为圆柱体）自激振动的运动和动力特性。当前,海洋立管涡激振动机理研究的热点主要集中在两个方面：海洋立管的顺流向振动和海洋立管尾流的三维效应对其振动响应的影响⑶。经过数十年对涡激振动的研究，学术界虽然还未把握涡激振动的机理,但仍

5、取得了许多阶段性的成果,构成了当今涡激振动研究的基石。从研究方法上来分，涡激振动的研究主要有模型实验研究、经验模型研究和计算流体动力学（CFD）数值模拟研究。涡激振动研究是从实验研究开始的。在过去的近半个世纪中，许多学者都研究过弹性支撑柱体（多数为圆柱体）自激振动的运动和动力特性，其中影响最为广泛的是FENG在风洞中对单自由度弹性支撑的圆柱体所做的实验；随后,更多的研究者在水槽中完成了类似的实验，得到了当前工程界更为关注的以海洋立管为代表的低质量比（m*）（结构与所排开水的质量Z比）和低阻尼比代）的圆柱体的涡激振动

6、特性⑷。最近,KHALAK、GOVARDHAN对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体做了一系列实验，这些实验代表了当前圆柱体结构物涡激振动实验的最高水平。在经验模型方面，HARTLEN开创性地建立了弹性支撑柱体涡激振动的横流向振动响应以及流体力的经验模型一一尾流振子模型。随后,SKOP对此尾流振子模型进行扩展，将其应用到柔性细长柱体的涡激振动研究中。近年,又有学者对其进行了修正与改进。在国内，GUO、郭海燕等考虑了立管内流对立管涡激振动的影响，对尾流振子模型进行了改进。在数值模拟方面，按照不同的紊流模型,涡激振动的CFD模

7、拟方法可以大体分为4类:离散涡（DVM）方法、RANS方法、LES方法以及DNS方法⑸。查阅的主要文献：［1］黄维平；孙铭远；圆柱管束涡激振动实验分析研究［A］;第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上）［C］;2011年［2］王微微;考虑平面旋转和顺流向振动的海洋立管涡激振动数值模拟［D］;天津大学;2012年［3］张友林;海洋立管涡激振动抑制方法研究［I）］;江苏科技大学;2011年［4］宋保维；丁文俊；毛昭勇.基于波浪能的海洋浮标发电系统.机械工程学报.2012.139-143⑸张文喜;叶家玮；；摆式波

8、浪能发电技术研究［J］；广东造船;2011年01月［6］邓跃.低雷诺数下均匀流和振荡流共同作用的圆柱体受迫振动和涡激振动研究［D］.中国海洋大学2014［7］王海青，郭海燕，刘晓春，张永波，孟凡顺.海洋立管涡激振动抑振方法试验研究［〕］•中国海洋大学学报（自然科学版）.2009（S1）［8］唐国强.立管涡激振动数值模拟方法及物理模型实验［D］.大连理工大学2