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主动共振波能技术优化方法研究

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主动共振波能技术优化方法研究_物理_自然科学_专业资料。现有研究波能转换效率的文献一致得出:最优波能转换效率是在波能系统处于共振状态.这已经成为研究者的共识.前期对点吸收波能装置研究认为:浮体与水构成的系统,其自振频率远高于实际波浪的频率,在现实中

  主动共振波能技术优化方法研究_物理_自然科学_专业资料。现有研究波能转换效率的文献一致得出:最优波能转换效率是在波能系统处于共振状态.这已经成为研究者的共识.前期对点吸收波能装置研究认为:浮体与水构成的系统,其自振频率远高于实际波浪的频率,在现实中不可能实现波能系统共振.从文献上看,到目前为止,世界上还没有人实现波能系统共振.主动共振

  第31卷第6期 2018年12月 振 动工 程学 报 J ournal of Vibration Engineering V01.3l No.6 Dec.2018 主动共振波能技术优化方法研究 蔡元奇1,刘健慧1,冯卓恒1,赵世桥1,李明方2 (1.武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072;2.武汉科技大学理学院,湖北武汉430065) 摘要:现有研究波能转换效率的文献一致得出:最优波能转换效率是在波能系统处于共振状态。这已经成为研究 者的共识。前期对点吸收波能装置研究认为:浮体与水构成的系统,其自振频率远高于实际波浪的频率,在现实中 不可能实现波能系统共振。从文献上看,到目前为止,世界上还没有人实现波能系统共振。主动共振波能技术是 一个利用共振实现高效波能转换的技术,通过数值仿真试验证明了主动共振波能装置可以在实际海浪周期范围实 现共振。对主动共振波能装置的效率作了研究,发现依据线性化后的波能系统振型对波能装置进行优化设计,可 大幅提高波能装置的效率。同时也证明了主动共振波能装置的效率高。主动共振波能技术有望开启利用共振实 现高效波能转换之门,实现高效波能利用技术。 关键词:波能转换;共振;振型;优化设计;效率 中图分类号:P743.2;0321 文献标志码:A D01:10+16385/j.cnki.issn.1004—4523.2018.06.001 文章编号:1004—4523(2018)06—0909—11 引言 波能是一种便于利用的海洋能,它分布广泛,资 源丰富,蕴藏量巨大,是一种清洁绿色可再生新能 源。20世纪70年代的第一次能源危机[13促进了波 能利用技术在全球范围内大规模的开展研究[2≈]。 有记载的波能利用是1799年Girard父子提出的杠 杆式波力发电装置的专利申请方案E4]。自1799年 以来,波能利用技术研究取得了丰富的成果。迄今 为止,世界范围内提出的波能利用方案专利有上千 种[1],但还没有成熟的波能利用技术,只有少数几个 波能利用技术接近实用阶段。波能利用技术当前面 临的主要问题有4个:效率、生存能力、对环境的影 响及其设计和分析方法[5]。效率是首要问题,高效 是波能利用技术进入商业化的保证。效率问题涉及 波能转换的每个过程,俘获波能的效率是最为关键 的一个过程。 目前对波能利用的效率问题研究较多,尤其是 对俘获波能的效率。但凡研究俘获波能效率的文献 几乎都提出:波能系统(波能装置+波浪场)在共振 时,波能装置的功率最大[6。7]。由此可见,通过波能 系统共振提高波能转换效率是研究者的共识。然而 已有的研究成果表明:波能系统的自振频率远高于 实际海浪的频率,现实中不可能发生共振[1]。从现 有的文献来看,迄今为止,世界上还没有人能够利用 共振方法来实现高效波能转换。 采用控制方法使波激力与浮能振荡体相位一 致,也可以提高波能利用效率。这个方法称为相位 控制方法。相控可称为人工共振[8],是波能研究的 热点。已提出的相位控制方法有锁闭相位方 法[9’1引,离合方法[1 5]和无功控制方法[16州等。这些 方法理论上成立,但在实际应用中是不可行的[1J81。 目前采用PMLG(Permanent Magnet Linear Generator)作为点吸收波能装置的PTO(Power Take—Off)是一个研究热点[7’18_21],通过PMLG易实 现相位控制。采用PMLG做相控,需要对来波及波 激力进行预测和估计,以及建立控制模型。由于共 振状态下波能装置易引起波浪破碎,波能装置与波 之间的波激力和黏性阻尼具有强烈的非线]。这 种强非线性性质增加了对波激力估计模型和控制模 型建立的难度。目前为止,还没提出成熟的模型。 相控共振与共振是不同的。前者是强制控制的结 果,共振状态不稳定,在上浪,砰击等情况下,控制系 统易发散。后者是系统内在特性,共振状态稳定。 一种可实现波能系统共振的方案被提出[2引,由 收稿日期:2017—06—14;修订日期:2018—01-1l 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51679171) 万方数据

  
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