越浪式波能发电装置的能量转换系统设计研究-机械工程专业论文.docx

越浪式波能发电装置的能量转换系统设计研究摘要波浪能是大海中无处不在的可再生能源，波浪能的利用对经济建设和国民生 活有着重要的意义。由于我国岛屿众多，其中一部分距离陆地比较远，各种物质 与能源供应比较困难且成本比较高，然而波能发电装置能量转化系统的研究尚处 于初期研究阶段，对其研究不够深入。本文从越浪式波能发电装置的蓄水系统出 发，结合计算流体动力学、风力机扩散器原理以及低速风洞收缩段的设计原理和 方法，研究波能发电装置的能量转换系统，提高系统的转换效率，以获得更多的 电能。本文总结了国内外波能发电装置以及波能转换装置的研究进展；根据越浪式 波能发电装置的功率设计要求，再结合设计水头、越浪量以及结构型号等综合条 件选择水轮机的型号；根据水轮机的设计原理分别对选定的水轮机机型转轮叶片 进行受力分析、转轮直径进行设计计算；结合发电装置的功率设计要求以及上述 的设计和计算，确定出水管的管径大小和该发电装置对排水管内流量大小的要求。对越浪式波能发电装置蓄水系统中的蓄水池初步设计成圆锥型，进行对比的 蓄水池模型为圆柱型、圆型；运用计算流体动力学、风力机扩散器原理以及低速 风洞收缩段的设计原理和方法对蓄水池的型线进行设计，分别对上述几种类型的 蓄水池进行三维建模。运用计算流体力学分析软件 Flow-3D,建立数值波浪水槽，对出水管的管径 大小进行数值模拟以确定最优的管径大小；根据确定的管径大小，在相同的初始 条件和边界条件下，分别对不同长度的排水管进行数值模拟，根据模拟的结果优 选出符合本装置的最优排水管长度；为了提高波能发电装置能量转换系统的效率， 设计并研究了不同形状以及不同形式蓄水池的水动力性能，分析了不同形状、阻 力系数、型线、收缩比等参数的蓄水池对波能发电装置转换效率的影响，充分考 虑波浪跃入蓄水池内的波浪能被充分利用的情况，优选出性能最好的蓄水池，以 提高整个装置的发电效率。本文通过对波能发电装置能量转换系统的研究，初步揭示了不同直径的管径、 不同长度的排水管以及不同形状的蓄水池对波能发电装置转换效率的影响，为以 后研究波能发电装置的能量转换系统提供了参考与指导，为今后越浪式波能发电装置在实际工程中的运用提供一定的理论基础。关键字：波浪能；能量转换系统；优化设计；Flow-3D；数值模拟The Energy Conversion System Design and Study on Overtopping Wave Energy ConvertorAbstractWave energy is a renewable energy, ubiquitously existing in the ocean，the utilization of wave energy plays an significant role in economic development and citizen life. Because of numerous quantities of islands in our country, part of whichlives far from land，leading to difficulties and higher cost of substance and energysupply. Further more, The research of Energy Conversion System for Wave Energy is still at an early study stage，but it does not delve deep enough. The Water Storage System for Overtopping Wave Energy Convertor is analysed in this article, combinedwith computational fluid dynamics（CFD）、Diffuser Augmented Wind TurbinePrinciple, the design principle and method of Low Speed Blow Down Wind Tunnel Contraction, to study the energy conversion system on Overtopping Wave Energy Convertor, improve the efficiency of system convertor, acquire more energy.At first，the research progress on Wave Energy Convertor and Wave EnergyCon