震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力性能研究

裴超

摘 要：基于震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用，主要以新能源開(kāi)發(fā)為中心，所以，在注重新能源利用率提升的過(guò)程中，需要對(duì)新能源轉(zhuǎn)換裝置方面進(jìn)行系統(tǒng)籌劃，充分利用海洋波浪進(jìn)行動(dòng)能轉(zhuǎn)換，是新能源開(kāi)發(fā)以及新能源利用率提升的關(guān)鍵課題。本文重點(diǎn)對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用展開(kāi)討論，并結(jié)合海浪理論、計(jì)算原理以及波浪系統(tǒng)的水動(dòng)力應(yīng)用等方面進(jìn)行系統(tǒng)稠糊啊，希望通過(guò)對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力性能研究，可以為波浪動(dòng)能以及水能源的動(dòng)能轉(zhuǎn)換等方面提供微薄幫助。

關(guān)鍵詞：震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置；水動(dòng)力；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.084

0 引言

隨著能源消耗的不斷加速，注重新能源開(kāi)發(fā)與利用，是實(shí)現(xiàn)能源利用以及節(jié)省非再生能源的有效途徑。在新能源開(kāi)發(fā)與利用的過(guò)程中，充分利用水能源進(jìn)行能源開(kāi)發(fā)，可以相對(duì)提高可再生能源的利用率。波浪能以機(jī)械轉(zhuǎn)化的方式，對(duì)能源體系以及能量波動(dòng)等方面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并充分利用波浪能的密度特性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能的全面提升。例如，在太平洋、大西洋東海沿岸，其波浪能可以達(dá)到32～70KW/m，充分利用轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)換為可用能源，是本次研究的核心目標(biāo)，在研究震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力性能過(guò)程中，需要從其安裝流程、安裝成本以及波動(dòng)利用率等方面進(jìn)行綜合籌劃，這是落實(shí)能源裝置的關(guān)鍵性工作。

1 裝置的工作原理

震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置由波浪吸收裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、能源輸出構(gòu)成，三大部分的應(yīng)用，其核心工作原理是利用波浪吸收裝置實(shí)現(xiàn)波浪能吸收，并通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)波浪能源的轉(zhuǎn)換，而輸出裝置的應(yīng)用，是將轉(zhuǎn)換好的能源傳輸?shù)侥茉磻?yīng)用端，以此實(shí)現(xiàn)波浪能的可用轉(zhuǎn)換。首先，波浪吸收裝置由浮子和氣室構(gòu)成，通過(guò)浮子的波浪能感應(yīng)，并利用氣室對(duì)波浪能進(jìn)行吸收，以此為后續(xù)的能源轉(zhuǎn)換提供源動(dòng)力。其次，能量轉(zhuǎn)換裝置以是利用杠桿原理，并通過(guò)振蕩氣室，輸風(fēng)管道，實(shí)現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能。最后，能源輸出裝置是利用發(fā)電機(jī)以及 空氣透平系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的機(jī)械能轉(zhuǎn)換，在發(fā)電機(jī)的應(yīng)用下，其輸出終端為電能。最后，通過(guò)對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其側(cè)重點(diǎn)是利用風(fēng)能的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)波浪能的電能轉(zhuǎn)換。

2 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要利用浮子吸收波浪能，并以杠桿理論應(yīng)用的方式，將波浪能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，最后，以水柱形成的方式，將氣室內(nèi)的空氣壓縮以及抽取，進(jìn)而提高波浪能的轉(zhuǎn)換率。在對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要從輸風(fēng)管道方面入手，這是優(yōu)化震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置力學(xué)性能的基礎(chǔ)性工作[1]。

在利用波浪能進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要充分利用氣室產(chǎn)生的雙向氣流，在傳到振蕩的角度，對(duì)水柱波能進(jìn)行透平，其裝置以威爾斯透平為主。威爾斯透平的應(yīng)用，是在氣流雙向變化的角度，實(shí)現(xiàn)雙向氣流的同方向旋轉(zhuǎn)，但是，在利用威爾斯透平進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注重波浪能轉(zhuǎn)換率的有效途徑，其本身的啟動(dòng)性能相對(duì)較差，而且運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音過(guò)大，所以，在對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行創(chuàng)新的過(guò)程中，可以采用單項(xiàng)閥門控制的方式，對(duì)空氣透平的雙向氣流轉(zhuǎn)換為單向氣流，這是實(shí)現(xiàn)空氣透平效果提升的有效措施[2]。

3 裝飾的水動(dòng)力性能檢驗(yàn)

3.1 浮子振蕩能量轉(zhuǎn)換效率

在利用震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行新能源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，制約其能源轉(zhuǎn)換率的關(guān)鍵因素是浮子的振蕩能量系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)杠桿理論應(yīng)用后，氣室內(nèi)的震動(dòng)水柱吸收能量將直接影響能源轉(zhuǎn)換，所以，在注重震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力性能檢驗(yàn)的過(guò)程中，需要充分利用波浪理論對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以水流運(yùn)動(dòng)為中心，在對(duì)其進(jìn)行核算的過(guò)程中，需要對(duì)波浪的波動(dòng)方向、水平面以及波高等方面進(jìn)行系統(tǒng)核算，例如，假設(shè)波高為H，其波谷以及波峰頂之間的垂直距離，其實(shí)質(zhì)是震幅為波浪中心，這對(duì)對(duì)浮子能源吸收量進(jìn)行檢驗(yàn)的有效途徑。在落實(shí)浮子能源轉(zhuǎn)換量核算的過(guò)程中，需要考慮海洋波浪本身的波長(zhǎng)范圍，所以，設(shè)計(jì)的主氣室與活塞氣室的比例應(yīng)該保持在2：1，這是實(shí)現(xiàn)雙向壓縮以及空氣吸收率提升的有效措施[3]。

3.2 氣室理論的應(yīng)用與檢驗(yàn)

震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置誰(shuí)水動(dòng)力性能的應(yīng)用，是以振蕩水柱的方式進(jìn)行控制，并以液面位移的方式，對(duì)波浪的移動(dòng)速度、沖擊力、水柱振蕩頻率等方面進(jìn)行綜合核算，其核算主要以振蕩運(yùn)動(dòng)方程為主，重點(diǎn)是對(duì)靜剛度、波浪的激勵(lì)性、氣室本身對(duì)水柱的作用力總和進(jìn)行核算，以此核算氣室的能量輸出率。為實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換率的提升，在利用氣室進(jìn)行振蕩水柱設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要注重波頻率的有效控制，在調(diào)整波頻的角度下，注重有效阻尼系數(shù)的控制，是提高主氣室工作性能的有效途徑，而且利用振蕩水柱的轉(zhuǎn)換效率，可以為后續(xù)的能源輸出提供參考依據(jù)。

3.3 風(fēng)能量及能源轉(zhuǎn)換效率

震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用，是將振蕩浮子原理與振蕩水柱原理融合，并以上述兩種原理的融合應(yīng)用，對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新調(diào)整，其核心是將波浪能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，在利用能源轉(zhuǎn)換裝置與發(fā)電機(jī)之間的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)能源的轉(zhuǎn)換率提升。例如，假設(shè)實(shí)驗(yàn)效率為0.71，其震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的次期轉(zhuǎn)換效率為0.544，這是充分利用浮子與 氣室實(shí)現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)換為電能的有效路徑。最后，在對(duì)浮子與氣室能源吸收等方面進(jìn)行系統(tǒng)核算的過(guò)程中，需要從風(fēng)能轉(zhuǎn)換效果方面入手，在明確風(fēng)速的前提下，可以相對(duì)提高震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力性能。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行研究以及分析，充分利用波浪理論中的波浪動(dòng)能轉(zhuǎn)換，并注重應(yīng)用效率的提升，是將震蕩浮子和震蕩氣室結(jié)構(gòu)融合的方式，對(duì)震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，充分利用四管道、四門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，促使轉(zhuǎn)換裝置的氣室內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)氣流流通，這對(duì)提高震蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力性能以及波浪轉(zhuǎn)換率等方面方面有指向性作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文，滕斌.擺式波能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力特性頻域分析[J].海洋工程，2014（06）：59-67.

[2]王冬姣，邱守強(qiáng)，葉家瑋.梯形擺式波能轉(zhuǎn)換裝置水動(dòng)力性能研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2014（04）：589-593.

[3]黃一凡，滕斌，叢培文.內(nèi)部擺式波能轉(zhuǎn)換裝置的水動(dòng)力特性分析[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2014（04）：146-151.