改進(jìn)型中心管模型能量轉(zhuǎn)換性能試驗(yàn)及樣機(jī)設(shè)計(jì)

吳必軍，李 猛, 4，陳天祥, 4，伍儒康, 4

(1.中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640; 2. 廣東省新能源和可再生能源研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640; 3. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640; 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

改進(jìn)型中心管模型能量轉(zhuǎn)換性能試驗(yàn)及樣機(jī)設(shè)計(jì)

吳必軍1, 2, 3，李 猛1, 2, 3, 4，陳天祥1, 2, 3, 4，伍儒康1, 2, 3, 4

(1.中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640; 2. 廣東省新能源和可再生能源研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640; 3. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640; 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

為了提高中心管振蕩水柱波浪能利用技術(shù)能量轉(zhuǎn)換效率，基于新的認(rèn)識(shí)和目前常用的2.4米導(dǎo)航燈標(biāo)，對(duì)中心管尾部設(shè)計(jì)了三種模型并在造波水槽中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：直管型中心管俘獲寬度比最高達(dá)到了70.25%，但通頻帶寬度窄；加長(zhǎng)喇叭口型中心管略好于喇叭口型中心管；在噴咀比為0.02條件下，加長(zhǎng)喇叭口型中心管浮體有較高雙峰俘獲寬度比，波峰為40.0%，波谷為31.6%，通頻帶寬，為隨機(jī)波下高效轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了條件。最高俘獲寬度比和雙峰通頻帶特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果都優(yōu)于歷史文獻(xiàn)值。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)一些適合小型海洋儀器供電的樣機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的樣機(jī)具有較高的性?xún)r(jià)比。

波浪能；中心管；振蕩水柱；俘獲寬度比；海洋儀器；波力發(fā)電

Abstract: In order to improve the energy conversion efficiency of the centre pipe energy conversion technology, three models with different bottom shapes based on the new understanding and the current 2.4 m wave power navigation light were designed for experimental study in the wave tank. The experimental results are presented. For the straight pipe buoy, the maximum capture width ratio (CWR) is 70.25%, but presents narrow bandwidth. The CWR of the lengthen-horn center pipe buoy is slightly better than that of the horn center pipe buoy. Under the condition of the nozzle ratio 0.02, the CWR of the lengthen-horn center pipe body presents higher double peaks, 40.0% at peak and 31.6% at trough. The curve of the CWR is relatively flat. The higher double-peak CWR of the lengthen-horn center pipe buoy will create conditions for high efficient conversion under random waves. The peak CWR and the bandwidth of those data are superior to that of the historical documents. Based on the experimental results, some prototypes for power supplies for oceanographic instruments have been presented. The prototypes are more cost-effective.

Keywords: wave energy; centre pipe; oscillating water column; capture width ratio; oceanographic instruments; wave power

二十世紀(jì)四十年代中期，日本的益田善雄[1]提出了中心管振蕩水柱波力發(fā)電技術(shù)?；谠摷夹g(shù)開(kāi)發(fā)的航標(biāo)燈用波力發(fā)電裝置是目前世界上唯一一種波浪能商業(yè)化產(chǎn)品，也是將來(lái)海洋觀測(cè)儀器供電的一個(gè)重要選擇。中心管振蕩水柱波力發(fā)電技術(shù)由一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)浮體、空氣透平和發(fā)電機(jī)構(gòu)成。軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)浮體中間掏空帶有一根管道，管道內(nèi)液面和空氣透平之間形成一氣室。該種技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、可維護(hù)性強(qiáng)、海生物附著影響小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

影響中心管振蕩水柱技術(shù)轉(zhuǎn)換效率的因素很多，浮體的水下形狀(凸形、平底形)、管道的大小和形狀是一些重要因素[2]。早期能量轉(zhuǎn)換理論研究往往采用一些簡(jiǎn)化形狀，隨著計(jì)算能力的大幅提升，目前對(duì)稍復(fù)雜形狀的中心管技術(shù)也進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算研究[3-7]。這些理論研究給出了附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)、波浪激勵(lì)力等，也預(yù)測(cè)到能量轉(zhuǎn)換特性有雙峰值出現(xiàn)，為實(shí)驗(yàn)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。國(guó)外實(shí)驗(yàn)研究成果資料查到的較少，較多的是國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究成果。1982年吳雄建等[8]對(duì)多種尾部形狀中心管浮標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率研究，效率出現(xiàn)了雙峰值，但遺憾的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明最高俘獲寬度比(類(lèi)似轉(zhuǎn)換效率)不到5%。1983年蔡國(guó)民[9]研制了直徑2.4米的波力發(fā)電浮標(biāo)，進(jìn)行了陸上和海上試驗(yàn)，海上試驗(yàn)表明從波浪能到電能的轉(zhuǎn)換效率還不到1%。1984年吳藻華等[2]研究水下浮體形狀對(duì)波能轉(zhuǎn)換效率影響，俘獲寬度比實(shí)驗(yàn)值最高約為16%，而且通頻帶較窄。同年Whittaker等[10]對(duì)一個(gè)直徑3米、中心管直徑0.7米的發(fā)電浮標(biāo)1/10模型進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)研究表明俘獲寬度比最高達(dá)到了50%，但通頻帶很窄，阻尼變小后通頻帶變寬，出現(xiàn)了雙峰值，但出現(xiàn)雙峰值時(shí)俘獲寬度比最高為11%左右。1987年，何明楷等[11]根據(jù)需求設(shè)計(jì)了最佳參數(shù)的波力發(fā)電燈浮標(biāo)，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)中心管的長(zhǎng)度較大是有利的，噴嘴比的影響也很大。1994年，黃國(guó)樑等[12]針對(duì)前期研究的發(fā)電浮標(biāo)在波浪周期短、波高小發(fā)電量不能滿(mǎn)足需求的條件下對(duì)2.4米浮標(biāo)的發(fā)電性能進(jìn)行了進(jìn)一步試驗(yàn)研究，研究表明通過(guò)減少發(fā)電浮標(biāo)質(zhì)量移動(dòng)了最佳響應(yīng)波周期，但俘獲寬度比未見(jiàn)提高，最高大概為14.6%，通過(guò)適當(dāng)加長(zhǎng)和加粗中心管可提高俘獲寬度比，最高達(dá)到了25%。顯然這期間試驗(yàn)研究結(jié)果最好的俘獲寬度比為50%。由于學(xué)者們基于航標(biāo)穩(wěn)性要求，普遍認(rèn)為該技術(shù)是浮體幾乎不動(dòng)，波浪能量?jī)H靠氣室內(nèi)的水柱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換能量，理論上無(wú)法達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換效率。因此，從1994年后，有關(guān)中心管振蕩水柱技術(shù)試驗(yàn)研究國(guó)內(nèi)外鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

文獻(xiàn)表明，國(guó)內(nèi)外對(duì)中心管技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)都有一定的研究，得到了一些重要結(jié)論，但由于當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件限制，只測(cè)試了一些峰值(比如中心管液位的最高值和最低值)，對(duì)中間過(guò)程采用正弦值假設(shè)，得到的氣體流量等參數(shù)與實(shí)際(周期變化，不一定是正弦變化)有出入，數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，而且實(shí)測(cè)的俘獲寬度比最高不超過(guò)50%。另外，筆者認(rèn)為，作為能量轉(zhuǎn)換主體的浮體在波浪作用下是一個(gè)機(jī)械振動(dòng)體，按照振動(dòng)理論，有條件獲得較大的機(jī)械能，中心管波力發(fā)電技術(shù)應(yīng)該表現(xiàn)出比歷史資料更高的轉(zhuǎn)換效率。為此基于新的認(rèn)識(shí)和直徑2.4米、中心管直徑0.7米、型號(hào)BHF2-2.4-0.7D1發(fā)電浮標(biāo)，提高測(cè)量精準(zhǔn)度，按5∶1比例進(jìn)行縮小設(shè)計(jì)了三種不同中心管底部形狀的振蕩水柱式波能轉(zhuǎn)換浮體，在水槽中測(cè)試其在不同波浪周期下的能量轉(zhuǎn)換效率，以期得到比歷史資料更好的實(shí)驗(yàn)成果，為低成本開(kāi)發(fā)中心管振蕩水柱波力發(fā)電裝置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)是在造波水槽中進(jìn)行的，水槽尺寸為1.2 m×1.2 m×50 m(寬×高×長(zhǎng))。水槽一端裝有計(jì)算機(jī)控制的變頻電源伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推板式造波機(jī)，推板寬1.16 m，高1.2 m，可造規(guī)則波和不規(guī)則波；另一端為端部消波裝置，水槽中間部分為試驗(yàn)段，通過(guò)此處的玻璃墻可以清楚地觀察裝置的運(yùn)動(dòng)情況。圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；圖2是實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖。

在距離造波機(jī)大約8 m處裝有一電容式浪高儀，可以測(cè)量入射波波高和周期；在距離造波機(jī)約17 m處放置試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在模型氣室頂部開(kāi)有一氣孔作為阻尼，安裝有一只電容式浪高儀，用于測(cè)量氣室內(nèi)水位的相對(duì)波動(dòng)；氣室頂部還裝有測(cè)壓口，用PY301差壓變送器測(cè)量氣室內(nèi)相對(duì)壓力。入射波的波高數(shù)據(jù)由SDA1000傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，由計(jì)算機(jī)控制，采樣頻率為20 Hz；氣室內(nèi)的水位變化和氣壓相對(duì)變化被相應(yīng)的傳感器獲取，通過(guò)采集卡進(jìn)行同步采樣，由計(jì)算機(jī)控制，采樣頻率為16 Hz。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼敵龅钠骄鶜鈩?dòng)功率Pair由氣室內(nèi)外氣體壓力差和氣室內(nèi)液位算出。氣室內(nèi)液位由浪高儀測(cè)出，壓力差由壓力差傳感器測(cè)出，其計(jì)算公式[13]：

式中：ΔPi為第i次采樣時(shí)氣室內(nèi)壓力差，Pa；hi,hi+1為第i和i+1次采樣時(shí)氣室內(nèi)水位，m；S為氣室水線(xiàn)截面積，m2；n為采樣總次數(shù)；Δt為采樣時(shí)間間隔，s。

入射波功率PW采用深水波計(jì)算公式，計(jì)算公式[13]：

式中：HO為入射波浪高，m；T為入射波周期，s；B為浮體迎波寬度，m。浪高儀測(cè)出波高和波周期。

俘獲寬度比(capture width ratio，簡(jiǎn)稱(chēng)CWR)定義為：

氣室平均氣流量Qav：

氣室平均氣壓ΔPav：

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Fig. 1 Diagram of the experiment device

圖2 模型在水槽中的實(shí)驗(yàn)照片F(xiàn)ig. 2 Photo of model C in the wave tank

2 模型試驗(yàn)方案

影響中心管俘獲寬度比的因素很多，包括入射波的周期、波高、中心管的形狀、浮體的吃水深度等。主要探究中心管尾管結(jié)構(gòu)對(duì)俘獲寬度比的影響，參照浮標(biāo)“BHF2-2.4-0.7D1”的尺寸進(jìn)行縮小，縮尺比為5，得到直管口(A模型)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了另外2個(gè)模型——喇叭口(B模型)和加長(zhǎng)喇叭口(C模型)。三種試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)圖、主要參數(shù)和實(shí)物如圖3所示。

圖3 三種模型簡(jiǎn)圖和照片F(xiàn)ig. 3 Sketch of three models and the photo

為了節(jié)省成本，模型制作成可拆卸的，浮體上部分三個(gè)模型共用一個(gè)，尾部的不同部分制造成三個(gè)。為探索浮體吃水深度和噴咀比對(duì)俘獲寬度比的影響，也設(shè)計(jì)了一些方案進(jìn)行試驗(yàn)?？偟脑囼?yàn)方案如表1所示。為保證試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高試驗(yàn)的可信度，在每一個(gè)試驗(yàn)條件下都重復(fù)試驗(yàn)三次。

表1 試驗(yàn)方案Tab. 1 Test cases

3 模型試驗(yàn)結(jié)果

表1列出了實(shí)驗(yàn)方案，方案1～方案7噴氣孔面積與氣室面積之比(噴咀比)為0.01，而對(duì)于方案8，噴咀比為0.02，表2列出了測(cè)得最高俘獲寬度比時(shí)的一些參數(shù)。在造波水槽中，推板運(yùn)動(dòng)的推程(推板運(yùn)動(dòng)范圍的一半)和周期影響著波浪高度。

圖4是在推程為20 mm條件下波高隨周期的變化情況及在此波高下A模型的俘獲寬度比，圖中每個(gè)周期下測(cè)量3次，有3個(gè)值，分別用“1、2、3”表示，3個(gè)值有個(gè)平均值，用“average”表示(后面圖5～圖11含義一樣)。圖5是在推程為25 mm條件下波高隨周期的變化情況及在此波高下A模型的俘獲寬度比。圖4俘獲寬度比最高為49.97%，圖5俘獲寬度比最高為53.79%(見(jiàn)表2)。兩者比較，不同波高得到的俘獲寬度比略有不同，在同一周期下，恰當(dāng)?shù)牟ǜ呖墒寡b置獲得較高的俘獲寬度比。

圖4 20 mm推程產(chǎn)生的波高及A模型俘獲寬度比Fig. 4 Wave height caused by the 20 mm travel and the CWR of A model

圖5 25 mm推程產(chǎn)生的波高及A模型俘獲寬度比Fig. 5 Wave height caused by the 25 mm travel and the CWR of A model

圖6是吃水較深時(shí)A模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，此時(shí)俘獲寬度比最高達(dá)到了70.25%(見(jiàn)表2)。圖6造波波高偏小，是因?yàn)楦◇w運(yùn)動(dòng)接近共振，運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大，波高稍大會(huì)導(dǎo)致模型運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大，發(fā)生越浪現(xiàn)象。圖7是吃水較淺時(shí)A模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，實(shí)驗(yàn)值最高為38.01%，幾乎只是圖6中最大值的一半。

圖6 入射波高及對(duì)應(yīng)的A模型吃水較深時(shí)俘獲寬度比Fig. 6 Incident wave height and the corresponding CWR of A model when deep draft

圖7 入射波高及對(duì)應(yīng)的A模型吃水較淺時(shí)俘獲寬度比Fig. 7 Incident wave height and the corresponding CWR of A model when shallow draft

圖8是吃水較淺時(shí)B模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，此時(shí)俘獲寬度比最高達(dá)到了31.03%(見(jiàn)表2)，明顯出現(xiàn)了雙峰值，但波谷較低，大概為15%。圖9是吃水較深時(shí)B模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，此時(shí)俘獲寬度比最高達(dá)到了31.48%(見(jiàn)表2)，也明顯出現(xiàn)了雙峰值，波谷較高，大概為30%。圖8和圖9比較，質(zhì)量增加，不僅俘獲寬度比有所增加，而且峰值周期向著增大的方向發(fā)展。

圖8 入射波高及B模型吃水較淺時(shí)的俘獲寬度比Fig. 8 Incident wave height and the corresponding CWR of B model when shallow draft

圖9 入射波高及B模型吃水較深時(shí)的俘獲寬度比Fig. 9 Incident wave height and the corresponding CWR of B model when deep draft

圖10是在噴咀比為0.01時(shí)C模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，也出現(xiàn)了雙峰值，其俘獲寬度比最大為30.91%(見(jiàn)表2)，波谷為22.57%。從表1可知，方案7的工況同方案5基本一致，此時(shí)圖10俘獲寬度比比圖8整體上略有提高。圖11是在噴咀比為0.02時(shí)C模型在對(duì)應(yīng)波高下的俘獲寬度比，也出現(xiàn)了雙峰值，其俘獲寬度比最大為40.15%(見(jiàn)表2)，波谷為31.6%，此值相比文獻(xiàn)[4]幾乎提高了4倍。

圖10 入射波高及對(duì)應(yīng)的C模型在噴咀比為0.01時(shí)的俘獲寬度比Fig. 10 Incident wave height and the corresponding CWR of C model when the nozzle ratio is 0.01

圖11 入射波高及對(duì)應(yīng)的C模型在噴咀比為0.02時(shí)的俘獲寬度比Fig. 11 Incident wave height and the corresponding CWR of C model when the nozzle ratio is 0.02

方案模型入射波波高Ho/m波周期T/s波功率PW/W平均氣流量Qav/(10-3m3·s-1)平均氣壓ΔPav/Pa氣流功率Pair/W管內(nèi)液位差Hi/mHi/Ho俘獲寬度比/(%)1A0．0791．002．982．794275．41．4890．08041．02049．972A0．0931．004．173．414550．12．2430．11091．19053．793A0．0571．001．573．309308．71．1030．09241．61570．254A0．0790．902．662．476309．21．0110．07560．96338．015B0．1131．106．683．621508．72．0730．12071．07331．036B0．0731．203．042．523291．60．9570．09751．34131．487C0．1121．106．673．080555．92．0620．11431．01730．918C0．0991．306．035．393359．12．4210．23252．35640．15

4 樣機(jī)設(shè)計(jì)

基于文獻(xiàn)[12]和上文的試驗(yàn)研究結(jié)果，設(shè)計(jì)了一些樣機(jī)并進(jìn)行比對(duì)，如表3所示。

表3 文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)的發(fā)電浮標(biāo)特性與新型發(fā)電浮標(biāo)特性比較Tab. 3 Features of the new wave power floating buoy and compared with that of the buoy designed in the literature [12]

文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)了一個(gè)波浪能發(fā)電浮體，浮體直徑為2.4 m，中心管直徑為0.7 m，質(zhì)量為4 000 kg，在周期為2.7 s、波高為0.25 m時(shí)，入射波功率為405 W時(shí)輸出氣動(dòng)功率為59 W?；贏模型，依據(jù)圖6的模型測(cè)試結(jié)果和相似理論，當(dāng)模型放大4倍時(shí)得到新型浮標(biāo)1，新型浮標(biāo)1直徑為1.92 m，中心管直徑為0.56 m，質(zhì)量為2 003 kg，在波峰周期2.0 s、波高為0.23 m條件下，輸入波功率為203 W，按波峰70.25%俘獲寬度比計(jì)算，可輸出氣動(dòng)功率為142 W，是文獻(xiàn)資料59 W[12]的2.4倍?；谙嗨评碚摵蛨D6可算出模型放大5倍時(shí)新型浮標(biāo)2的氣動(dòng)輸出功率，如表3所示。同理，基于C模型，依據(jù)圖11的模型測(cè)試結(jié)果，當(dāng)模型放大4倍時(shí)得到新型浮標(biāo)3，新型浮標(biāo)3直徑為1.92 m，中心管直徑為0.56 m，質(zhì)量為1 510 kg，在波谷周期2.4 s、波高為0.4 m條件下，輸入波功率為737 W，按波谷31.6%俘獲寬度比計(jì)算，可輸出氣動(dòng)功率為233 W，在同樣2.4 s周期下，如果波高為0.25 m，可輸出氣動(dòng)功率為91 W，是文獻(xiàn)資料59 W[12]的1.54倍。如果透平機(jī)組的轉(zhuǎn)換效率為40%，那么浮標(biāo)可輸出電功率為36.4 W，可滿(mǎn)足一般海洋儀器耗電要求，更重要的是超過(guò)31.6%效率的區(qū)間大概為2.04～2.72 s，在不規(guī)則波下有較高的轉(zhuǎn)換效率。同理可算出模型放大5倍時(shí)新型浮標(biāo)4的氣動(dòng)輸出功率，如表3所示。顯然，新型浮標(biāo)4輸出氣動(dòng)功率在幾乎相同條件下(波高0.25 m、周期2.7 s)是文獻(xiàn)[12]浮標(biāo)輸出氣動(dòng)功率的的2.15倍，但質(zhì)量減少了1 000 kg，如果波高提高到0.5 m，入射波功率提高了4倍，輸出氣動(dòng)功率可達(dá)508 W，是文獻(xiàn)[12]浮標(biāo)輸出氣動(dòng)功率的的8.6倍。相對(duì)歷史資料而言，基于本文提供的試驗(yàn)研究成果進(jìn)行波力發(fā)電浮標(biāo)設(shè)計(jì)，得到的發(fā)電浮標(biāo)較輕、尺度較小、輸出功率相對(duì)大，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。在不同海況使用、有不同供電需求的發(fā)電浮標(biāo)可依據(jù)相似定律進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

浮標(biāo)的吃水深度、噴咀比、尾部形狀等許多因素影響著中心管振蕩水柱技術(shù)的俘獲寬度比，適當(dāng)?shù)貎?yōu)化這些參數(shù)有利于提高該技術(shù)的俘獲寬度比。模型試驗(yàn)表明，直管型模型俘獲寬度比目前測(cè)試最高達(dá)到了70.25%，但響應(yīng)周期窄，在波況比較規(guī)則的海區(qū)使用有較高的轉(zhuǎn)換效率，適用于波浪周期比較單一的海區(qū)使用；加長(zhǎng)喇叭口模型的俘獲寬度比盡管最高值只達(dá)到了40.15%，但雙峰值的出現(xiàn)極大地拓寬了通頻帶，有利于提高波力發(fā)電浮標(biāo)在隨機(jī)波條件下的轉(zhuǎn)換效率。本文試驗(yàn)得到的最高俘獲寬度比和雙峰通頻帶特性都優(yōu)于歷史文獻(xiàn)值，試驗(yàn)結(jié)果為降低中心管振蕩水柱發(fā)電裝置的建造成本和對(duì)應(yīng)的布放成本提供了依據(jù)。

[1] HEATH T V. A review of oscillating water columns[J]. Philos Trans R Soc A-Math Phys Eng Sci, 2012, 370(1959):235-245.

[2] 吳藻華, 夏洪峰, 戴李民. 浮體形狀對(duì)波能轉(zhuǎn)換浮標(biāo)性能的影響[J].海洋工程, 1984, 2 (4): 59-62.(WU Zaohua, XIA Hongfeng, DAI Limin. Floating body shape influence on the properties of wave energy conversion [J]. The Ocean Engineering, 1984, 2(4):59-62. (in Chinese))

[3] MCCORMICK M E. Analysis of a wave energy conversion buoy[J]. Journal of Hydronautics, 1974, 8(3): 77-82.

[4] WHITTAKER T J T, MCPEAKE F A. Design optimization of axi-symmetric tail tube buoys[M]//Hydrodynamics of Ocean Wave-Energy Utilization. 1985: 103-111.

[5] HONG D C, HONG S Y, HONG S W. Numerical study of the motions and drift force of a floating OWC device[J]. Ocean Engineering, 2004, 31(2): 139-164.

[6] ALVES M A, COSTA I R, SARMENTO A J N A, et al. Performance evaluation of an axysimmetric floating OWC[C]//Proceeding of the 20th International Offshore and Polar Engineering Conference. 2010: 856-862.

[7] GOMES R P F, HENRIQUES J C C, GATO L M C, et al. Hydrodynamic optimization of an axisymmetric floating oscillating water column for wave energy conversion[J]. Renewable Energy, 2012, 44: 328-339.

[8] 吳雄建, 糜振星, 等. 波浪發(fā)電浮標(biāo)浮體的試驗(yàn)研究[J]. 新能源, 1982, 11(4): 31-37.(WU Xiongjian, MI Zhenxing, et al. Experimental study of the floating wave power body[J]. New Energy, 1982, 11(4):21-37. (in Chinese))

[9] 蔡國(guó)民. 燈浮標(biāo)用波力發(fā)電裝置[J]. 水運(yùn)工程, 1983(4): 47-49. (CAI Guomin. Wave power device for navigation light[J]. Port & Waterway Engineering, 1983(4):47-49. (in Chinese))

[10] WHITTAKER T J, MCLLHAGGER D S, BARR A G. Wells turbines for navigation buoys[M]//Energy for Rural and Island Communities. 1984: 289-297.

[11] 何明楷, 陳加菁, 蔡麗華, 等. 選擇大型波力發(fā)電燈浮標(biāo)最佳參數(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 海洋工程, 1987, 5 (4): 84-90. (HE Mingkai, CHEN Jiajing, CAI Lihua, et al. Experimental study on the optimal parameters of the large wave power navigating buoy [J]. The Ocean Engineering, 1987, 5(4):84-90. (in Chinese))

[12] 黃國(guó)樑, 馮伯俊, 劉天威, 等. 改進(jìn)波浪發(fā)電浮標(biāo)性能的試驗(yàn)研究[J]. 海洋工程, 1994, 12(1): 104-110. (HUANG Guoliang, FENG Bojun, LIU Tianwei, et al. An experimental study for improving the performance of a wave energy conversion buoy[J]. The Ocean Engineering, 1994, 12(1):104-110. (in Chinese))

[13] 梁賢光, 王偉, 杜彬, 等. 后彎管波力發(fā)電浮標(biāo)模型性能試驗(yàn)研究[J]. 海洋工程, 1997, 15(3): 78-87. (LIANG Xianguang, WANG Wei, DU Bin, et al. Experimental research on performance of BBDB wave-activated generation device model[J] . The Ocean Engineering, 1997, 15(3):78-87. (in Chinese))

An experimental study on energy conversion of the modified centre pipe buoy and the design of prototypes

WU Bijun1, 2, 3, LI Meng1, 2, 3, 4, CHEN Tianxiang1, 2, 3, 4, WU Rukang1, 2, 3, 4

(1. Key Laboratory of Renewable Energy, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China; 3. Guangzhou Institute of Energy Conversion, CAS, Guangzhou 510640, China; 4. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

P743.2

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2017.01.011

1005-9865(2017)01-0097-08

2016-03-02

國(guó)家自然科學(xué)基金(51579231；51276185)

吳必軍(1965-)，男，研究員，博導(dǎo)，主要從事海洋波浪能轉(zhuǎn)換技術(shù)研究。E-mail: wubj@ms.giec.ac.cn