离岸式OWC前后墙结构优化及聚焦波作用下荷载分析

发布时间：2024-03-22 04:18

　　广袤的海洋中蕴涵着丰富的可再生能源,其中波浪能拥有储量巨大、能流密度高的特点,具有十分广阔的发展前景。而振荡水柱式(OWC)波能转换装置以其结构形式简单且功能多样的特点,已成为目前世界上海岸及近海区域应用最为广泛的波能转换装置。虽然OWC的研发已取得了多项成果,但是仍存在发电效率低,且欠缺极端波作用下OWC的生存能力的研究。本文主要基于开源CFD平台OpenFOAM开展波浪与OWC相互作用的数值模拟,对波浪作用下OWC的水动力性能进行研究与优化,希望提高OWC的能量转换效率和研究极端波作用下OWC的生存能力,主要内容如下:首先,基于waves2foam求解器建立了能准确模拟波浪与结构物相互作用的二维数值水槽。分别进行了造波验证、波浪与OWC相互作用的模拟,并与理论值及物理模型试验进行对比,验证了本文数值模型计算的可靠性与准确性,为后续工作开展奠定基础。其次,对规则波作用下二维离岸式OWC的水动力性能进行研究,主要通过与传统OWC模型对比,研究OWC前后墙非对称布置以及底端圆角处理对OWC装置能量捕获效率以及附近流场流态的影响。结果表明在非对称布置模型基础上添加圆角处理可抑制前后墙处涡的...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 振荡水柱装置能量转换效率研究现状
        1.2.2 振荡水柱装置受力研究现状
    1.3 本文主要内容
2 数值模型
    2.1 两相流模拟的数值模型
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 自由面处理
    2.2 数值波浪水槽的模拟
        2.2.1 速度入口造波
        2.2.2 阻尼消波
        2.2.3 松弛区消波
    2.3 透射系数与反射系数的求解
    2.4 能量转换效率的求解
    2.5 本章小结
3 模型验证
    3.1 网格收敛性验证
    3.2 规则波的模拟
        3.2.1 微幅波的模拟
        3.2.2 二阶Stokes波的模拟
    3.3 OWC能量捕获效率验证
        3.3.1 计算模型的设置
        3.3.2 结果分析
    3.4 本章小结
4 规则波作用下离岸式OWC的能量转换效率研究
    4.1 圆角处理对OWC能量转换效率的影响
        4.1.1 数值模型的构建及网格划分
        4.1.2 腔室内空气压强对比与开孔空气流速对比
        4.1.3 能量转换效率对比
    4.2 圆角处理叠加非对称布置对OWC能量转换效率的影响
        4.2.1 数值模型的构建及网格划分
        4.2.2 结果分析
    4.3 本章小结
5 聚焦波作用下离岸式OWC的荷载研究
    5.1 聚焦波的模拟
        5.1.1 聚焦波浪的造波方法
        5.1.2 数值水槽模型的构建
        5.1.3 网格的划分
        5.1.4 造波验证
    5.2 聚焦波作用下OWC的荷载分析
        5.2.1 数值模型的构建及网格划分
        5.2.2 压力测点布置
        5.2.3 OWC前后墙的荷载分析
        5.2.4 OWC顶板的荷载分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3934623