振荡浮子式波能发电装置在极端工况下的运动约束设计与波能发电效率分析任务书

 2021-09-27 12:09

1. 毕业设计(论文)主要内容:

近年来,波能发电逐渐成为全球研究热点,各国学者投入了大量研究,开发出了多种波能发电装置。振荡浮子式波能发电装置是被最为广泛研究的波能发电装置之一,具有轴对称的特点,其发电效率不受浪向改变的影响。该装置将波浪引起的浮子运动转换成动力输出装置(Power-take off, PTO)的机械能,进而将机械能转换成电能,其转换效率较高,且非常适合布置成阵列式用于大型波能发电场的开发。目前,国内外的学者针对基于线性PTO的浮子式波能发电装置的研究较为深入,然而线性PTO的设计使得波能的最优转换带宽较小,只能在浮子振荡固有频率附近的波浪条件下才能取得较好的波能转换效果。此外,在极端海况下,浮子的振荡运动需要额外控制以保证浮子不产生过大运动,从而保证装置的安全。因此,本毕业设计主要针对振荡浮子式波能发电装置在极端海况下的运动控制系统设计,并考虑非线性PTO刚度及阻尼,进而分析扩大波能最优转换带宽的方法,评价其波能发电效率。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

本课题的主要任务:

  1. 通过文献调查,掌握振荡浮子式波能转换装置的发展历程、趋势和技术难点,同时熟悉波能转换装置的水动力分析的基本原理和方法;

  2. 选取振荡浮子式波能转换装置的基本参数,对波能转换装置进行简化,建立动力分析模型;

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    3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

    任务编号

    任务内容

    时间节点

    1

    文献调查

    第1-2周

    2

    选取振荡浮子式波能转换装置的相关参数

    第3周

    3

    利用Gambit建模,完成装置的网格划分

    第4周

    4

    完成波能转换装置频域水动力分析并建立常系数时域运动模型

    第5-6周

    5

    利用Matlab编程,引入运动控制系统,在较大运动时增大约束刚度和阻尼

    第7-8周

    6

    选取合适的极端海况,分析极端海况下的波能转换效率

    第8-10周

    7

    对比线性刚度和非线性刚度的PTO设计及其性能

    第11-12周

    8

    完成毕业设计论文

    第13-14周

    4. 主要参考文献

    [1] Chen Z, Zhang L, Yeung R W. Analysis and optimization of aDual Mass-Spring-Damper (DMSD) wave-energy convertor with variable resonancecapability[J]. Renewable energy, 2019, 131: 1060-1072..

    [2] Sjkvist L, Gteman M, Rahm M, et al. Calculating buoyresponse for a wave energy converter—A comparison of two computationalmethods and experimental results[J]. Theoretical and Applied MechanicsLetters, 2017, 7(3): 164-168..

    [3] Xiao X, Xiao L, Peng T. Comparative study on power captureperformance of oscillating-body wave energy converters with three novel powertake-off systems[J]. Renewable energy, 2017, 103: 94-105..

    [4] Wu Z, Levi C, Estefen S F. Wave energy harvesting usingnonlinear stiffness system[J]. Applied Ocean Research, 2018, 74: 102-116..

    [5] Sergiienko N Y, Rafiee A, Cazzolato B S, et al.Feasibility study of the three-tether axisymmetric wave energy converter[J].Ocean Engineering, 2018, 150: 221-233..

    [6] van Til J, Alijani F, Voormeeren S N, et al.Frequency domain modeling of nonlinear end stop behavior in Tuned Mass Dampersystems under single-and multi-harmonic excitations[J]. Journal of Sound andVibration, 2019, 438: 139-152.

    [7] Zang Z, Zhang Q, Qi Y, et al. Hydrodynamicresponses and efficiency analyses of a heaving-buoy wave energy converterwith PTO damping in regular and irregular waves[J]. Renewable Energy, 2018,116: 527-542.

    [8] Flocard F, Finnigan T D.Increasing power capture of a wave energy device by inertia adjustment[J].Applied Ocean Research, 2012, 34: 126-134..

    [9] Chen W C, Dolguntseva I,Savin A, et al. Numerical modelling of a point-absorbing wave energyconverter in irregular and extreme waves[J]. Applied Ocean Research, 2017,63: 90-105.

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