双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析

张亮，国威

(哈尔滨工程大学船舶工程学院，150001哈尔滨)



双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析

张亮，国威

(哈尔滨工程大学船舶工程学院，150001哈尔滨)

摘要:波浪能装置中浮子的运动性能直接影响装置的能量吸收．采用基于N－S方程的CFD方法建立三维数值波浪水池，对一种特定波浪能装置中的浮子进行时域数值模拟，并与实验对比验证了该方法的可行性．从流场的角度分析浮子运动对周围流体的影响，研究浮子在单自由度垂荡、单自由度纵摇和双自由度垂荡、纵摇时的运动及能量吸收规律．结果表明:浮子在单自由度垂荡和纵摇时，其俘获宽度比随PTO阻尼系数的增大会出现最大值，即俘获宽度比存在最佳PTO阻尼;浮子双自由度运动时其俘获宽度比高于浮子单自由度运动时的俘获宽度比;浮子不同自由度的对比表明，两个自由度在浮子的能量吸收上可以相互影响．

关键词:波浪能; CFD;浮子;垂荡;纵摇;运动响应;俘获宽度比;流场

波浪能是蕴藏在海水中的可再生能源，波浪能相对其他形式的海洋能源，具有开发方便、装置廉价、小巧的优点．全球可利用的波浪能达到25亿kW，相当于目前世界发电装机容量的2倍［1－5］．波浪能的转换包括三级转换［6］:一级转换为波浪能的采集过程，从波浪中吸收能量转换为其他形式的能量，波能采集装置主要有振荡水柱式［7］、点吸式［8－11］、摆式［12］等;二级转换承担定向、增速、稳速的作用;三级转换实现机械能到电能的转换．

近……