摘 要

随着科技的飞速发展，能源的消耗日益剧烈，现阶段作为主要能源的化石燃料已经陷入枯竭，开发新能源已经成为全世界的重要战略目标。

海洋能是非常重要的可再生能源，而在海洋能中，波浪能的占的比重很大。相对于温差能、潮汐能等其他一些海洋能，波浪等的利用比较方便，而且技术比较成熟，可以推广利用。

越浪式波能发电装置主要是依靠水流的势能进行发电，水流经过越浪斜坡坡道进入水仓，然后经过水轮机返回大海，完成波浪能转化为电能。本论文中使用数值方法分析越浪式波能发电装置的越浪过程。首先使用SALOME软件建立数值波浪水槽几何模型，然后用OpenFOAM进行数值求解，对数值波浪水槽进行验证。对网格的敏感性进行了分析，找到最合适的网格尺寸。本论文分析了波浪越过斜坡的过程并对越浪量进行了计算，最后对斜坡的受力情况进行了分析，将斜坡受力与已有文献数据进行对比并进行了验证。

关键词：越浪量；波压力；数值模拟；越浪式波能发电装置。

Abstract

With the rapid development of science and technology, the consumption of energy is becoming increasingly fierce. At this stage, fossil fuels as the main energy source have been exhausted, and the development of new energy has become an important strategic goal worldwide.
Ocean energy is a very important renewable energy, and in ocean energy, wave energy accounts for a large proportion. Compared with other ocean energy such as temperature difference energy and tidal energy, the use of waves and the like is more convenient, and the technology is more mature, which can be promoted and used.
The overtopping wave energy device mainly relies on the potential energy of the water flow to generate electricity. The water flow enters the water tank through the slope of the slope of overtopping wave energy device, and then returns to the sea through the turbine to complete the conversion of wave energy into electrical energy. In this paper, a numerical method is used to analyze the process of overtopping. SALOME software is used to establish the geometry of a numerical wave tank, and then OpenFOAM is used to perform numerical solution to verify the results of numerical wave water tank. The sensitivity of the grid is analyzed to find the most suitable grid size. This thesis analyzes the process of waves crossing slopes and calculates the amount of overtopping, and finally analyzes the pressure on the slope, and compares and verifies the pressure on the slope with the existing literature data.
Keywords: wave overtopping; wave pressure; numerical simulation; overtopping wave energy device

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 2

1.2 波能发电装置的研究进展 3

1.3论文主要内容 4

第2章 数值方法介绍 6

2.1 软件介绍 6

2.2 数值波浪水槽建立 7

2.3 数值波浪水槽验证 8

2.4 本章小结 9

第3章 网格敏感性分析 10

3.1 划分不同尺寸的网格 10

3.2 网格敏感性分析 10

3.3 本章小结 14

第4章 越浪式波能发电装置的越浪量研究 15

4.1 试验设置与参数 15

4.2 波面验证与分析 16

4.3 越浪量计算 24

4.4 本章小结 26

第5章 越浪式波能发电装置结构受力的研究 27

5.1试验设置与参数 27

5.2 结构受力计算 27

5.3 结构受力比较 33

5.4 本章小结 35

第6章 结论与展望 36

6.1 结论 36

6.2 展望 36

参考文献 37

致谢 39

第1章 绪论

波能发电装置按照获取能量的方式可以分为越浪式、震荡水柱式、筏式、摆式、点吸收式、“点头鸭”式这几种。

振荡水柱式波浪能发电装置主要是由空气涡轮机和气室组成的。海面的波浪进入气室形成水柱，引起水柱上部的空气柱产生震荡运动，推动出气孔处的往复透平，将高速空气的动能转化为使用范围广阔的电能。

筏式波浪能发电装置主要有液压系统和铰接筏体，铰接处装有液压转化系统，包含活塞杆、液压缸和液压控制柜。波面阀通过铰链相互铰接在一起，波浪会带动筏体上下运动，使铰接处往复弯曲。运动产生的机械能经过液压装置收集后利用发电机转化为电能。当波浪的频率和发电装置的频率相吻合时，在这种理想状态下，装置的能量转换率较高。筏式波浪能发电装置漂浮在海面上，系泊比较困难，而且波面筏的制造费用很高，成本过高，不适用于商业。筏式波浪能发电装置只适用于波能密度较大的海域。

摆式波浪能发电装置的主要部件是浮力摆。利用装置的运动部件，在波浪的推作用下，浮力摆前后不断做往复运动。在压缸对能量加以收集，由发电机将之转化为可以直接利用的电能，从而实现波浪能的利用。该装置能量转换的效率比较高，但是装置本身极易损坏，可靠性比较差，维护也较为困难，能量转换效率虽然比较高但却不是很稳定，只适用于在防波堤上的大型发电装置。