震蕩水柱式波能轉換裝置水動力性能研究

裴超

摘 要：基于震蕩水柱式波能轉換裝置的應用，主要以新能源開發為中心，所以，在注重新能源利用率提升的過程中，需要對新能源轉換裝置方面進行系統籌劃，充分利用海洋波浪進行動能轉換，是新能源開發以及新能源利用率提升的關鍵課題。本文重點對震蕩水柱式波能轉換裝置的應用展開討論，并結合海浪理論、計算原理以及波浪系統的水動力應用等方面進行系統稠糊啊，希望通過對震蕩水柱式波能轉換裝置的水動力性能研究，可以為波浪動能以及水能源的動能轉換等方面提供微薄幫助。

關鍵詞：震蕩水柱式波能轉換裝置；水動力；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.084

0 引言

隨著能源消耗的不斷加速，注重新能源開發與利用，是實現能源利用以及節省非再生能源的有效途徑。在新能源開發與利用的過程中，充分利用水能源進行能源開發，可以相對提高可再生能源的利用率。波浪能以機械轉化的方式，對能源體系以及能量波動等方面進行轉換，并充分利用波浪能的密度特性，實現動能的全面提升。例如，在太平洋、大西洋東海沿岸，其波浪能可以達到32～70KW/m，充分利用轉換裝置將其轉換為可用能源，是本次研究的核心目標，在研究震蕩水柱式波能轉換裝置的水動力性能過程中，需要從其安裝流程、安裝成本以及波動利用率等方面進行綜合籌劃，這是落實能源裝置的關鍵性工作。

1 裝置的工作原理

震蕩水柱式波能轉換裝置由波浪吸收裝置、能量轉換裝置、能源輸出構成，三大部分的應用，其核心工作原理是利用波浪吸收裝置實現波浪能吸收，并通過能量轉換裝置，實現波浪能源的轉換，而輸出裝置的應用，是將轉換好的能源傳輸到能源應用端，以此實現波浪能的可用轉換。首先，波浪吸收裝置由浮子和氣室構成，通過浮子的波浪能感應，并利用氣室對波浪能進行吸收，以此為后續的能源轉換提供源動力。其次，能量轉換裝置以是利用杠桿原理，并通過振蕩氣室，輸風管道，實現波浪能轉換為風能。最后，能源輸出裝置是利用發電機以及 空氣透平系統，實現風能的機械能轉換，在發電機的應用下，其輸出終端為電能。最后，通過對震蕩水柱式波能轉換裝置的整體運行結構進行分析，其側重點是利用風能的力學性能，實現波浪能的電能轉換。

2 裝置的結構設計

震蕩水柱式波能轉換裝置的整體結構設計需要利用浮子吸收波浪能，并以杠桿理論應用的方式，將波浪能轉換為風能，最后，以水柱形成的方式，將氣室內的空氣壓縮以及抽取，進而提高波浪能的轉換率。在對震蕩水柱式波能轉換裝置的結構進行創新設計的過程中，需要從輸風管道方面入手，這是優化震蕩水柱式波能轉換裝置力學性能的基礎性工作[1]。

在利用波浪能進行能源轉換的過程中，需要充分利用氣室產生的雙向氣流，在傳到振蕩的角度，對水柱波能進行透平，其裝置以威爾斯透平為主。威爾斯透平的應用，是在氣流雙向變化的角度，實現雙向氣流的同方向旋轉，但是，在利用威爾斯透平進行創新設計的過程中，需要注重波浪能轉換率的有效途徑，其本身的啟動性能相對較差，而且運轉的噪音過大，所以，在對震蕩水柱式波能轉換裝置進行創新的過程中，可以采用單項閥門控制的方式，對空氣透平的雙向氣流轉換為單向氣流，這是實現空氣透平效果提升的有效措施[2]。

3 裝飾的水動力性能檢驗

3.1 浮子振蕩能量轉換效率

在利用震蕩水柱式波能轉換裝置進行新能源轉換的過程中，制約其能源轉換率的關鍵因素是浮子的振蕩能量系統，在經過杠桿理論應用后，氣室內的震動水柱吸收能量將直接影響能源轉換，所以，在注重震蕩水柱式波能轉換裝置水動力性能檢驗的過程中，需要充分利用波浪理論對其進行設計，并以水流運動為中心，在對其進行核算的過程中，需要對波浪的波動方向、水平面以及波高等方面進行系統核算，例如，假設波高為H，其波谷以及波峰頂之間的垂直距離，其實質是震幅為波浪中心，這對對浮子能源吸收量進行檢驗的有效途徑。在落實浮子能源轉換量核算的過程中，需要考慮海洋波浪本身的波長范圍，所以，設計的主氣室與活塞氣室的比例應該保持在2：1，這是實現雙向壓縮以及空氣吸收率提升的有效措施[3]。

3.2 氣室理論的應用與檢驗

震蕩水柱式波能轉換裝置誰水動力性能的應用，是以振蕩水柱的方式進行控制，并以液面位移的方式，對波浪的移動速度、沖擊力、水柱振蕩頻率等方面進行綜合核算，其核算主要以振蕩運動方程為主，重點是對靜剛度、波浪的激勵性、氣室本身對水柱的作用力總和進行核算，以此核算氣室的能量輸出率。為實現能量轉換率的提升，在利用氣室進行振蕩水柱設計的過程中，需要注重波頻率的有效控制，在調整波頻的角度下，注重有效阻尼系數的控制，是提高主氣室工作性能的有效途徑，而且利用振蕩水柱的轉換效率，可以為后續的能源輸出提供參考依據。

3.3 風能量及能源轉換效率

震蕩水柱式波能轉換裝置的應用，是將振蕩浮子原理與振蕩水柱原理融合，并以上述兩種原理的融合應用，對震蕩水柱式波能轉換裝置的結構進行創新調整，其核心是將波浪能轉換為風能，在利用能源轉換裝置與發電機之間的串聯，實現點能源的轉換率提升。例如，假設實驗效率為0.71，其震蕩水柱式波能轉換裝置的次期轉換效率為0.544，這是充分利用浮子與 氣室實現波浪能轉換為電能的有效路徑。最后，在對浮子與氣室能源吸收等方面進行系統核算的過程中，需要從風能轉換效果方面入手，在明確風速的前提下，可以相對提高震蕩水柱式波能轉換裝置的水動力性能。

4 結語

綜上所述，通過對震蕩水柱式波能轉換裝置進行研究以及分析，充分利用波浪理論中的波浪動能轉換，并注重應用效率的提升，是將震蕩浮子和震蕩氣室結構融合的方式，對震蕩水柱式波能轉換裝置進行創新設計，充分利用四管道、四門結構設計原理，促使轉換裝置的氣室內可以實現氣流流通，這對提高震蕩水柱式波能轉換裝置的水動力性能以及波浪轉換率等方面方面有指向性作用。

參考文獻：

[1]陳文，滕斌.擺式波能轉換裝置水動力特性頻域分析[J].海洋工程，2014（06）：59-67.

[2]王冬姣，邱守強，葉家瑋.梯形擺式波能轉換裝置水動力性能研究[J].太陽能學報，2014（04）：589-593.

[3]黃一凡，滕斌，叢培文.內部擺式波能轉換裝置的水動力特性分析[J].中國水運（下半月），2014（04）：146-151.