波浪能发电装置液固耦合流体增频特性研究

波 浪发 动 机 ， 并 计划 于 ２ ０ １ ４年 前 后 投人 使 用 ， 届 时 可 满足 １ ０ ０ ０个普 通 家 庭 的用 电需 求 ； 作 为 能 源 高 消 耗 的美 国 ， ２ ０ １ １ 年， 在 加 利 福 尼 亚 的洪 堡 湾 运 行 ５套 商
业化 的 波浪 发 电装 置 ， 单 机 发 电 可达 １ ０ ０ ０ ｋ Ｗ ； 海
Ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｍ ａ ｔ ｅ 海 洋能 源 公 司 于 ２ ０ ０ ８年 开 始 设 计 “ 巨蟒 ”
把 能量传 递 给海洋 过程 中形 成 的可 再 生 资 源 ， 波 浪发 电技 术 相关装 置 的运行 效率 、 装置 结构 安全 性等 问题 ，
是 制约 波 浪 发 电 大 规 模 应 用 的 关 键 性 问 题 。目 前， 波 浪能发 电研 究 主要 是 利 用 波浪 浮 沉 和 摇 摆 运 动 实 现波 浪能 转换 做功 ， 优 化 波 能 吸 收装 置 结 构 是 提 高 波 浪能 吸收效 率 的重要 因素 。我 国沿 海地 区海 浪一 般 呈 现 ８～１ ６ Ｓ周 期 、 几 十 厘 米 至 几 百 米 波 长 的 特 性 ， 这 一海 浪低 频 率 、 低 波 速 特性 ， 是 我 国在 对 近
行 的同 时 ， 又能 最大 程度 地 吸收波 浪能量 用 于发 电 ， 这
具有 十分 重 要 的工 程 前 瞻 性 。利 用 波 浪 发 电源 于
日本 ， 经 过近 ６ ０ ａ的 发展 ， 波 浪 发 电 研究 已 取 得 巨 大
对 于提高 波浪 能发 电效率 起着 至关 重要 的作 用 。
波 浪能是 一种 具有 较 高 能 量 密 度 的 海洋 能 ， 是 风
进展 。１ ９ ８ ９年 ， １ ３本 海 洋 科 学 技 术 中心 建 成 了 １ １ ０ ｋ Ｗ 的“ 巨鲸 ” 漂 浮式 波浪 发 电装 置 ； ２ ０世 纪 ９ ０年 代 ， 丹 麦研制 出了著名 的“ 波龙 ” 波浪 发 电装 置 ， 通 过 喇 叭 口聚 波、 反射作用 积蓄势能实 现电能转化； 英 国
海 波能 吸 收装置 研究 中必须 考 虑的关 键制 约 因素 。
洋大学 陈建 秋提 出用 ２个 浮体 随波 浪相对 倾斜 来 收集 波浪 能的 设 想 ； 中科 院 广 州 能 源 研 究 所 研 制 的 １ Ｏ ｋ Ｗ“ 鹰 式一 号 ” 漂 浮 式 波 浪 能 发 电装 置 ， 在 珠 海 市 万 山群 岛海域 成功 发 电 ， 这标 志 着 我 国海 洋 能发 电技 术
频、 低幅海浪激励时 ， 液 态介 质 受 迫 惯 性振 动 呈 现 的 液 压 增 频 、 增 幅响应。研 究结果表明 ， 优 化 变径 比 的 液 压
增频 、 增幅响应 ， 可 以 自适 应 增 强 作 用 在 弹 性 薄 膜 上 的 表 面 力 和 形 变 量 ， 从 而减 少 能 量 转 换 过 程 的 机 械 能 损
摘要 ： 我 国 近 海 区域 海 浪 呈 现 低 频 低 幅 特 点 ， 而 实现 增 频 、 增 幅 就 成 为 高效 波 浪 发 电 的 关 键 技 术 。 借 助 于
Ｆ ｌ ｏ ｗ—Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ仿 真 软 件 的仿 真 方 法 ， 对１ ： １ — ４ ： １等 几 种 变径 比 内腔 流道 结 构 开展 研 究 ， 对 比 分 析 了在 低
收稿 １ ３期 ： ２ ０ １ ３—１ １— ２ ３ 基金项 目： 江 苏省 产 学研 联 合 创 新 资金 项 目（ Ｂ Ｙ ２ ０ １ ２ ０ ０ ７ ）
本 文结 合 Ｆ ｌ ｏ ｗ—Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ仿 真方法 ， 拟 对波 能 吸
收装置 随海 浪 的起伏 开 展 耦 合性 研 究 ， 以优 化 波 能 吸 收装 置 的内腔流 道 ， 使 其 在低频 、 低 波速 的海 浪激励 条 件下 ， 液态 蓄能 介质 可 以实 现 受 迫 惯性 振 动 的液 压 增
失， 达 到 波 浪 能 高 效 吸 纳 转 化 的 研 究 目标 。 关 键 词 ： 波 浪 能 发 电 ；流 体 增 频 ； 流 道 结 构 优 化 ；流 体 仿 真 文献标志码 ： Ａ
中 图 法分 类号 ： Ｔ Ｖ ７ ４
１ 项 概 述
随着 经 济 的发展 ，化 石原 料 日益 短 缺 ， 能 源 问题 逐渐成 为 世界性 问题 。海 洋 覆 盖 了地 球 ７ ０ ％表 面 ， 蕴含 着丰 富 的可开 发 海洋 能 ， 加 强海 洋 能 的 开 发利 用
波 浪 能 发 电装 置 液 固耦 合 流体 增 频 特 性 研 究
姜 宽 舒 ， 郭 建 斌 ， 王 江
（ １ ． 河海 大 学 能 源 与 电 气 学 院 ， 江 苏 南京 ２ ｌ １ １ ０ ０ ； ２ ． 河海大学 南通海洋与近海工程研 究院， 江苏 南通 ２ ２ ６ ０ ０ ０ ）
作者简介 ： 姜 宽舒 ， 男， 硕 士， 主 要 从 事 热 能 与 动 力 工 程 方 面的 研 究 。Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ７ ９ ８ ５ ４ ７ ７ ０ ５ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ
取得 了新 突 破 。众 所 周 知 ， 寻求 环保、 可 持 续 发 展
的新 能源 ， 已成 为世 界 各 国的 国 家 战略 。但 是 必 须 看
到， 目前 国 内外 相关 装置 还存在 着 运行效 率较 低 、 装 置
结构 的安全 性差 等 问题 ， 如何 在 保 证 发 电装 置 安 全 运
第４ ５卷 第 ４期 ２ ０ １ ４ 年 ２月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４ ５． Ｎｏ． ４ Ｆｅ ｂ．． ２ Ｏ１ ４
文章编号 ｝ １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４— ０ ０ ８ ０— ０ ５