帶收縮水道的沉箱防波堤兼OWC裝置結(jié)構(gòu)形式的研究.pdf

1、沉箱防波堤是一種常見的港口建筑物，用以阻斷波浪沖擊力，維護(hù)港池內(nèi)水面平穩(wěn)。OWC(Oscillating Water Column)裝置是一種利用波浪能發(fā)電的裝置，其構(gòu)造簡單、對外海環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、發(fā)電效率高。利用沉箱隔艙和OWC氣室的構(gòu)造相似性將沉箱防波堤和OWC裝置結(jié)合，可以減小防波堤所承受的波浪荷載，降低堤前的反射波高，并利用波浪能量進(jìn)行發(fā)電。
　　本文設(shè)計(jì)了一種帶收縮水道的沉箱防波堤兼OWC發(fā)電裝置，使用物理模型試驗(yàn)及三維數(shù)

2、模試驗(yàn)的方法對其工作性能進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容為如何提高裝置的波浪能轉(zhuǎn)換效率。
　　物理模型試驗(yàn)在波浪水槽中進(jìn)行，主要研究收縮水道結(jié)構(gòu)、入射波要素、氣室形狀參數(shù)對裝置波能吸收效果的影響，考察參量包括氣室內(nèi)水體振蕩波幅、氣室頂部點(diǎn)壓力及結(jié)構(gòu)前墻的波浪反射率。試驗(yàn)結(jié)果表明，收縮水道結(jié)構(gòu)、入射波要素、氣室形狀參數(shù)對裝置的波能轉(zhuǎn)換效率影響很大:收縮水道結(jié)構(gòu)相對于無水道結(jié)構(gòu)具有更好的波能吸收效果;入射波的波高越大周期越長，則轉(zhuǎn)換的波能

3、總量越多;增加水道長度、減小前墻傾斜角度、增加氣室入口寬度可增強(qiáng)裝置的波能轉(zhuǎn)換效率，其中增加氣室入口寬度的效果最為明顯;氣室長度的影響較復(fù)雜，要結(jié)合入射波周期條件綜合考慮。
　　數(shù)值模型試驗(yàn)在商用CFD軟件FLUENT建立的三維數(shù)值水槽中進(jìn)行，數(shù)值計(jì)算的控制方程采用三維N-S方程，湍流模型采用RNG k-ε模型，求解方法采用PISO算法，水氣交界面采用VOF模型進(jìn)行追蹤，并采用質(zhì)量源造波方法、動(dòng)量源消波方法對數(shù)值波浪進(jìn)行模擬。數(shù)模

4、試驗(yàn)主要研究水道收縮系數(shù)、水道形式及氣流通道斷面面積對裝置波能轉(zhuǎn)換效果的影響，考察參量為氣室內(nèi)水體振蕩波幅、氣室頂部點(diǎn)壓力及氣流通道內(nèi)空氣流速。水道收縮系數(shù)對結(jié)構(gòu)的工作性能有很大影響，兩壁收縮的水道比兩壁平行的水道波能轉(zhuǎn)換效果要好，但并不是收縮系數(shù)越小越好，理論上應(yīng)存在一個(gè)最佳收縮系數(shù);從水道形式來看，折角為鈍角的折線型的收縮水道比直線型收縮水道及折角為直角的折線型收縮水道波能吸收效果好;氣流通道的斷面面積減小，氣室水體振蕩減弱，但氣室