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实验室在海洋工程权威期刊《Ocean Engineering》连续发表文章

发表日期: 2019-4-9 阅读次数: 14197

      实验室博士研究生崔莹、黄淑亭、韩治、曲恒良对轴流式空气透平、振荡浮子及振荡水翼潮流能装置的研究成果相继发表于《Ocean Engineering》(JCR:Q2;中科院分区:工程技术大类3区,工程:海洋小类2区;三年平均影响因子: 1.865 )。
      振荡水柱式是应用最广泛的波能发电装置,轴流冲击式透平与威尔斯式透平由于其较高的能量转换能力与可靠性在振荡水柱波能开发过程中起到重要的作用。在理论分析与风洞试验研究的基础上,计算流体力学(CFD)在装置开发优化中起到越来越关键的作用,实验室崔莹总结了透平装置在世界范围内的工程应用情况,分析了各团队通过计算流体力学方法在装置性能优化方面的最新进展,该部分内容总结在综述文章《Review of CFD studies on axial-flow self-rectifying turbines for OWC wave energy conversion》。
      传统升沉型振荡浮子波浪发电装置仅利用浮子垂荡运动发电,忽略了浮子其它自由度运动的动能,发电效率较低,发电成本高昂。开发多自由度装置,是提高装置效率的重要手段之一。实验室博士研究生黄淑亭在史宏达教授、刘臻教授的指导下,提出了一种具有纵荡、垂荡和纵摇三个自由度的多自由度振荡浮子波浪发电装置,并对其水动力学特性与获能特性开展了理论研究,分析了耦合作用、浮子几何尺度、非线性能量转换系统(power-take off, PTO)形式等因素对多自由度浮子运动与发电效率的影响。研究结果表明,增加浮子运动自由度、选取非线性PTO可显著提高装置发电效率,该研究成果分别发表在海洋工程领域权威期刊《Ocean Engineering》与海洋工程领域国内期刊《China Ocean Engineering》(SCI收录)上,论文题目分别为《Hydrodynamic performance and power absorption of a multi-freedom buoy wave energy device》 、 《Capture performance of a multi-freedom wave energy converter with different power take-off systems》。

      在实际应用中,振荡浮子装置经常与浮式平台、防波堤及海上风机等海洋结构物相结合使用,这时,振荡浮子的质量、半径等结构参数往往会受到安装空间、预算等影响。实验室博士研究生韩治在史宏达教授的指导下,利用物理模型试验及数值模拟等手段对锥形底振荡浮子的固有属性对其获能的影响展开了研究,分析了质量、尺寸等变化对于锥形底振荡浮子的运动、获能功率的影响。物理模型试验及数值模拟的结果表明,在定义的相对吃水比α为1.2时,锥形底振荡浮子的获能效果最好。该研究结论为有限空间下振荡浮子的设计提供了理论依据该研究内容发表在《Numerical Study on the optimization design of Conical-bottom Heaving Buoy Convertor》。
      振荡水翼装置因其特有的优势逐渐成为潮流能装置主要型式之一,得到研究人员的广泛关注。实验室成员曲恒良采用数值模拟技术对全被动俯仰运动水翼机构的水动力性能、流固耦合作用机理及获能性能进行系列研究。在无负载条件下,研究转轴位置、转动惯量及雷诺数对水翼俯仰幅度、水动力力矩及折减频率的影响。在有负载条件下,进一步对流场及水翼动力响应进行研究。研究发现,无负载条件下,转轴位置对力矩及折减频率具有明显影响,转动惯量对峰值力矩影响较小,雷诺数对折减频率及力矩系数影响较小。线性负载条件下,水翼俯仰幅度随负载系数增加而增加,峰值能量转换效率达13%,该研究内容发表在《Numerical study on hydrodynamic performance of a fully passive flowdriven pitching hydrofoil》。
      以上研究得到了中央高校基本科研经费(No.201822010),国家自然科学基金(No.51779239, No.51279190, No.5171101176, No. 41706100),山东省自然科学基金重大基础研究项目(No.ZR2017ZA0202),海洋能专项(No. GHME2016YY02),青岛市民生科技计划(No.17-6-3-25-gx),青岛市科技发展计划(No. 15-8-3-7-jch),以及高等学校学科创新引智计划(No. B14028)等项目的支持。
      论文链接:
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801818315531
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801818307790
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801818317293
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0029801819300459

                 
图1 多自由度振荡浮子波浪发电装置                           图2 俘获宽度比

图3 不同PTO形式下的获能情况

图4 锥形底振荡浮子试验装置图

图5水翼涡量图


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