摘要 能源是关系着人类存亡发展不可或缺前物质基础,随着社会进步能源消耗加 剧,生存环境化在恶化。面临人们都在关记着的能源与环境问题,世界各国都逐 渐开始对绿色无污染、密度大、分布广的波浪能进行研究和开发,针对海洋波浪 能研究设计了相应的波能转换装置。 本文L乂浙江省么益技术应用研究项目点吸收浮式海洋波浪能网标灯研制 为基础,针对海洋渔业作业对网标灯等夜间作业照明工具的供电需求,结合目前 国内外现有的波浪能发电装置,研究和设计了一种基于波浪能发电的微小型网标 灯装置。它主要用途是为海洋渔业夜间作业供电,该装置一般有波浪能俘获部分, 波能电能转换部分和电能后处理部分。本报告也将按照该发电装置的工作原理分 析、虚拟运动仿真和样机测试的思路进行对新型波浪能发电装置的研究和分析。 因此,全文主要从W下几个方面展开工作: (1)结合波浪能发电装置的工作原理,确定波浪能发电装置的总体设计方案, 本文拟采用点吸收浮子式的方式来实现波浪能的停获进而实现到电能的转化。 (2)^乂线性波浪理论为基础,拟采用弗汝德一克雷洛夫理论(F-K假定法), 结合波浪能发电装置的水动为学建模方法,研究了点吸收运动部件在复杂海域中 的水动为学响应,通过MATLAB分析计算了获取波能发电装置的俘获功率与俘 获宽度比的特性,并分析了不同参数的影响因素和变化情况。 (3)基于浮子受为模型的分析结果,主要介绍了永雜直线发电机的基本结构 和具体设计,确定了轻便紧凑永路直线发电机总体结构参数配对,最后结合各部 分的参数配对,设计了该发电装置的主体结构和各个结构部件。 (4)利用SolidWorks2012版王维机械设计与分析软件对装置进行了王维建 模,形象直观的展示了浮子、壳体,导杆轴等主要部件的结构。然后对该模型运 用SolidworksM加on仿真进行运动仿真,得出浮子质成的位移随各个参数变化 的曲线图,进一步计算出离散功率,从而验证MATLA目理论分析的正确。 (5)文章最后设计了样机模拟实验,并进一步模拟测试了该样机下的能量 传递效率,对实验结论进行分析总结,为进一步的研究做了基础。 关键词:新能源;波浪能;浮子式发电装置;克雷洛夫理论;直线发电机 IIABSTRACT Energyisthe^ndispe打sablematerialbasisofhumansurvivaldevelopmentalong withthesocialprogressofenergyconsumption,livingenvironmentisge订ingworse. Facingpeopleareconcernedabouttheenergyandenvironmentalproblems,all countriesi打theworldgraduallybegantogreen,nopollution,highdensity,wide distrib山io打ofwaveenergyresearchanddevelopment,i打viewoft;heoceanwave energyresearchdesig打thecorrespo打dingwaveenergyconversiondevice. In化ispaper,ZhejiangPublic化chnologyresearchprojectFloatingPointabsorb waveenergyresearchnetworkbeaconlightasthebasisforsupplytargetmarine fishi打goperationsfornetworkstandardlampsandotherlightingnightoperations demandedtoolinthecomparativeanalysisoft:hecurrentthebasisofexisting domesticandwaveenergyge打eration化edeviceproposedfor化emarinefisheries floatwaveenergydevices.Themainfunctionofthisnewwaveenergy比edevicefor 1;hepowersupplysys化mofmarine行shingoperatio打sdemand,whichmeansitcanbe decomposedintowaveenergycapturedevice,waveenergyCO打versiondeviceanda correspondingelectricale打ergystoragedevice,accordingtothisarticlewillgenerate electricitythedevicedesign,principlesofanalysis,themains化psofthemathematical model,simulationandprototypetrial,tocarryoutthewavewaveenergythedevice cancaptureandanalyzeresearchandanalysispartoftheconversion.Thus,themain textlostartwork行omthefollowingaspects: (1)Combinedwaveenergydeviceworks,todetermi打etheoveralldesignof waveenergydevicesandtaketheformoffloating-pointabsorptiontocapturethe energyofoceanwavesandthentransformedtoelectricity. (2)Basedon化e化eoryofli打earwave,itintendstoadoptaFroudeKrylov l;heory(F-Kassumedlaw),combi打edwithhydrodynamicmodelingwaveenergy devicetofloatdy打amicsconductedamathematicalanalysis,research化epointof movingpartswaterabsorbi打gdy打amicresponse,analysisandcalculationoft:he captureofpowerandwavepowertoobt:ainthecapturewidthratiothedevicefeatures inacomplexwaters,andanalyzestheinflue打cingfactorsandchangesinvarious physicalquantities. (3)Basedo打化eanalysisresultsof化efloatforcemode],introducesl:hebasic structureandthespecificdesignofpermanentmagnetlineargeneratortodetermine thelightandcompactoverallstructureofpermanentmagnetlineargenerator IIIparameterspaired.Finallyparametersofeachpartofthepairing,designedthemain structureandthevariousstructuralcomponentsofthepowergeneratingapparatus. (4)ApplySolidWorks2012Edition3Dmechanicaldesignandanalysissoftware means3Dmodeling,visualimageshows化estructureofthemainpartof化efloat,the housing,theguiderodshaft.AndtlieuseofSolidworksMotionsimulationplugthe devicemotio打simulatio打resultswith化edisplacementof化efloatcentroidofeach parametervariationgraphs化verifythecorrectnessofthetheoryanalysisresults. (5)Finally,化edesignof化ewaveenergyconversiondeviceprototype experimentsandtestedtheenergytransferefficiencyofthemodel.Finally,thereason for化elowefficiencywereanalyzedandsummarizedandproposedimprovements.。 designedfor过扣rthersetofwavepowerge打erationdeviceand化beable化化巧the foundation. Keywords:newenergysources;waveenergy;float-typepowergeneration device;Krylov化eory;lineargenerator IV浙江大学硕±学位报告 目录 目录 谢I 摘要II ABSTRACTIll 第1韋绪论1 1.1研究背景与意义 1 1.2国内外研究现状 2 1.2.1国外研究现状 2 1.2.2国内研究现状 4 1.2.3现有波浪能发电技术的总结与分类 6 1.3本课题的研究巧容 9 第2章波浪能发电装置的工作原理分析 11 2.1波浪理论 11 2.1.1Airy微幅波理论 12 2.1.2波浪能输入功率 13 2.2点吸收式波浪能发电原理与装置 14 2.2.1波浪发电技术概述 14 2.2.2点巧收式波浪能发电装置工作原理分析 16 2.3总体方案设计 18 2.3.1波浪能新型网标灯装置的总体方案设计 18 2.3.2波浪能发电装置的结构与工作原理 19 2.3.3新型波浪能发电网标灯装置的特点 21 2.4本章小结 22 第3章装置的水动力学建模与功率特性分析 23 3.1波浪能发电装置浮子的水动为学建模 23 3.1.1水动为学分析概述 23 3.1.2浮子受为分析及其计算方法 24 3il.3Froude-Krylov假定法 27 V浙江大学硕±学位报告 目录 3.2浮体形状的确定及其受力分析 30 3.2.1几种常见浮子波浪力的分析 30 3.2.2垂直圆柱体浮子的受力分析 32 3.3本装置浮子的参数设计 36 3.3.1浮子的结构设计 36 3.3.2本装置相关参数的计算 37 3.4装置的功率计算与特性分析 39 3.4.1海况参数变化时的分析计算 39 3.4.2浮子参数变化时的分析计算 41 3.4.3波浪转换装置参数变化时的分析计算 42 3.5本章小结. 44 第4章波浪能发电装置的设计 化 4.1永感直线发由机简介 45 4-1.1直线发电机的基本原理 45 4.1.2直线发电机的基本结构 46 4.2永磕直线电机的参数设计 47 4.2.1电机的总体结构参数设计 47 4.2.2相关参数确定 49 4.2.3永禮枯料的选择 50 4.2.4导杆所受的反电墙为的计算 50 4.3波浪能发电装置的主体结构设计 51 4.3.1发电装置的主体结构设计 51 4.3.2各部分结构设计 53 4.4本章小结 56 第5章波浪能发电装置的运动模拟与仿真试验 57 5.1装置模型的建立与干涉分析 57 5.1.1装置的SolidWorksS维建模简介 57 5.1.2模型袭配体的干涉检查 58 5.2波浪能发电装置仿真试验 58 5.2.1数字化功能样机介绍 58 VI浙江大学硕±学位报告 目最 5.2.2基于SolidWorksMotion的装置运动仿真 巧 5.3不同参数变化时的仿真分析 61 5.3.1海况参数变化时的仿真分析 61 5.3.2浮子参数变化时的仿真分析 66 5.3.3波浪转换装置参数变化时的仿真分析 69 5.4本章小结 72 第6章波浪能转换装置样机试验 73 6.1装置的样机介绍与模拟测试 73 6.2波浪能转换装置样机的效李测试 76 6.3本章小结 81 第7章总结与展望 82 7.1总结 82 7.2張逞 83