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在当今21世纪,能源危机与环境问题成为世界各国共同关注的两大热点,在应对解决的道路上,人类社会把目光共同投向了可再生能源。波浪一直以来被人们视作具有破坏性,但同时蕴藏着丰富的可再生能量,成为全球可再生能源开发领域的研究重点之一。 针对目前国内外的波浪能发电技术发展现状,为了进一步探究波浪能发电的原理,研制了一款适应不同波长的漂浮型波浪能发电试验装置,为波浪能的开发利用积累经验。论文的主要研究内容如下: (1)综述了全球的能源和环境危机、全球和我国的波浪能储备与分布情况。介绍了国内外波浪能发电技术的研究进程,对波浪能发电装置的基本工作原理进行分类分析,列举出相应的典型应用装置,并对其优缺点及应用场合进行了比较。 (2)采用微幅波浪理论建立了波浪运动的数学模型,对波浪中水质点的运动速度和加速度的变化规律以及波浪运动的主要参数间的关系进行了推导。根据波形函数和波浪速度推导出波浪作用下水中的压强分布以及波浪能的表达式。在此基础上,采用F—K假定法,对四种常用的几何浮体的垂直波浪力进行推导计算,为课题波浪能装置的设计做好理论准备。 (3)提出一种漂浮型波浪能发电试验装置的设计方案,该装置由多节圆柱浮筒、变向增速机构、发电机以及整流稳压电路等部分组成。分析了该发电装置的工作原理,介绍了其结构组成。根据确定性波浪运动规律,设计了多节漂浮型波浪能俘获机构的结构和参数;由波浪能俘获机构的运动特点,设计了由曲柄摇杆及齿轮增速机构组成的变向增速机构,实现了波浪运动转换为旋转机械运动;由发电机输出规律,设计了桥式整流稳压电路,实现了稳态直流电输出。 (4)介绍了伺服冲箱式造波机的工作原理及其组成。设计并搭建了该波浪能发电试验装置的试验系统,并设定不同的人造波浪参数进行发电效率试验。在试验装置初始设置参数条件下,建立了装置浮筒的起伏运动方程、吃水深度方程和波浪力方程,进行了运动和受力分析。经试验分析,该试验装置在匹配的人造波浪条件下的整机发电效率为45.8％,非匹配人造波浪条件下的整机发电效率为40.41%。