波浪与摆式发电装置相互作用的数值模拟研究

摘要

随着化石燃料能源危机的加剧,人类对海洋能的开发需求日益迫切。波浪能是目前海洋能开发的焦点,各国纷纷投入巨大力量进行波浪能发电技术的研究。本文对摆式波浪发电装置一级转换中的波浪与摆板间相互作用进程进行数值模拟,为摆式发电装置的设计和相关流固耦合问题的研究提供一种数值模拟的方法。
　　 2009年进行的波浪发电室内模型试验对摆式发电装置与波浪的相互作用进行了物理模型试验研究,得到了摆板模型在各种条件下的动力输出特性和受力情况及其与各种影响因素间的关系。
　　 本文采用ADINA有限元软件,以N-S方程和连续性方程为控制方程,根据物理模型试验条件建立三维的流固耦合数学模型来模拟波浪与摆板间的相互作用。在数学模型的建立过程中,对物理模型各个方面的模拟均思考几种模拟方案,对各方案进行对比验证,最终确定最为合理和可行的模拟方法。数学模型采用了短计算域配合造波面、阻尼消波段的数值波浪水槽技术。对消波区阻尼的施加方法进行了改进,对消波区流体人为设置较大的粘度,模拟的生成波与理论解对比准确、稳定。
　　 为了确定影响生成波浪的各个参数,采用了二维切片的流体模型进行试算。分别以各个影响因素作为变量试算对比,取定了流体模型中的各参数值。最后将数值模拟结果与理论解进行了对比,结果曲线吻合较好,验证了流体模型的合理性,为流固耦合计算提供了合理的流体模型。
　　 本文对物理模型试验中的三组试验分别以三维的流固耦合模型进行了数值模拟。提取数值模拟结果中的摆板摆角、摆板受到的水平力和摆板前的波形与试验数据进行了对比,并对数值模拟结果进行了分析,验证本文所提出数值模拟方法的合理性和适用范围。