帶縱搖前墻的新型振蕩水柱式波浪能裝置轉換效率以及水動力性能數值研究

任 翔，鄧爭志，程鵬達

(1. 浙江大學 海洋學院，浙江 舟山 316021； 2. 中國科學院 力學研究所，北京 100190)

隨著對海洋能源需求的不斷增加，從海洋中提取能源的研究也在逐步展開。波浪能作為海洋能源中最重要的能源之一，其開發與利用對緩解能源危機、減少環境污染具有重要意義。因此，學者提出了各種波能轉換裝置[1]，而其中振蕩水柱式波浪能轉換(OWC)裝置因其維護簡單、使用壽命長[2-3]，是目前應用最廣泛的波能轉換裝置之一。在過去的幾年中，為了提高OWC裝置的效率，學者對OWC裝置的形態進行了研究。

最初，學者提出了單OWC裝置的概念，并從理論、試驗和數值模擬三個方面進行了研究。OWC裝置的理論最早是由Evans[4]和Falnes[5]提出的，他們在線性波理論的框架內將內部自由表面位移簡化為一個無重力的活塞運動。Evans等[6]以經典線性波理論為基礎，推導了壓力分布均勻的振蕩系統能量吸收效率的解析表達式。Sarmento等[7]根據線性波理論，對任意恒定深度水中的振蕩水柱波能裝置進行了二維分析。Rezanejad等[8]在線性波理論下分析了階梯式地形在提高近岸OWC裝置效率方面的作用。與此同時，人們也開始對OWC裝置進行試驗研究。Britomelo等[9]通過物理試驗，研究了基于線性波理論的三維輻射衍射邊界元程序在沿岸OWC裝置波浪發電廠的適用性。Ashiln等[10]通過物理試驗探索在規則波和隨機波作用下，4個不同地形條件(包括平底,圓底,斜度1∶1和斜度1∶5)對整個設備的水動力特征的影響。Ning等[11]通過物理試驗研究了入射波振幅、氣室寬度、前墻吃水、開口率、底坡等參數對OWC裝置水動力效率的影響。Deng等[12]通過試驗和數值模擬，研究了帶水平底板的近岸振蕩水柱式波浪能轉換裝置的水動力性能。Jeong等[13]在波浪水槽中研究了浮式OWC裝置在不同波浪條件和幾何參數下的水動力性能。學者同樣也在數值模擬方面進行了研究。Lee等[14]利用三維輻射/衍射代碼WAMIT分析了一種通用的OWC裝置。基于水平集浸入邊界法，Zhang等[15]提出了一種基于整體質量修正的兩相水平集和浸入邊界法的數值方法來模擬波浪與半浸沒氣室(OWC)的相互作用，并與試驗結果進行了比較。Ketabdari等[16]基于線性波理論和勢流理論在頻域內對OWC裝置的效率進行數值模擬分析。Deng等[17]從理論上探究了對于非對稱近海靜止OWC裝置，在底部增設水平底板后的水動力性能，并發現其可以拓寬裝置的高效頻率帶。

在對單OWC裝置的各個參數有了一定結論后，考慮到實際工程中的應用，耦合OWC裝置與防波堤的方案也被提出并進行了研究。Rapaka等[18]提出了將浮式防波堤和浮式OWC裝置相結合的浮式多共振振蕩水柱式波浪能裝置的水動力特性，并討論了無量綱化的波浪頻率參數對運動響應和系泊力的影響。在此之后，Hong等[19]利用銷接式浮式OWC裝置作為防波堤來保護超長浮式結構(VLFS)，結果表明該結構可以顯著降低VLFS的水彈性響應。國內由史宏達等[20]首次將OWC裝置與沉箱防波堤相結合進行相關水動力參數的物理試驗探究。隨著研究的深入，He等[21]開始對樁基OWC型防波堤的水動力性能進行試驗研究，探究了相對寬度、吃水深度和開口情況對OWC裝置的反射、透射、能量耗散系數和壓力脈動的影響。結果表明，樁基OWC型結構具有良好的水動力性能，且在利用波浪能方面頗具潛力。陳帆[22]采用物理模型試驗方法對兼作OWC裝置的雙圓筒沉箱防波堤進行了研究。近期，Deng等[12]通過試驗和數值模擬，研究了帶水平底板的近岸OWC裝置水動力性能，并發現設置相對較長的水平底板和較小的開孔率能夠提升裝置的能量轉換效率和阻波性能。這些結果進一步證明了OWC裝置的研究價值。

為了使OWC裝置達到更高的效率，學者提出了雙氣室OWC裝置來探究其是否具有更好的水動力性能。Rezanejad等[23]在線性波理論下分析了階梯式底部的雙氣室OWC裝置效率。研究表明，在階梯式底部的條件下設置雙氣室OWC比設置單氣室OWC可顯著提高裝置在較寬頻率帶內的性能。因為有足夠的數據來證明雙氣室OWC裝置的優異水動力性能，Elhanafi等[24]研究了各種雙氣室離岸式OWC裝置的水動力性能，并通過數值模擬將結果與單腔OWC裝置進行了對比，發現雙腔裝置的水動力性能表現更好。同時Ning等[25]提出了一種新型的雙氣室圓柱OWC裝置，以有效地在深水中獲取波能。Ning等[26]對雙氣室OWC裝置的水動力性能進行了試驗研究，重點研究了該裝置的整體性能以及系統中兩個子氣室的各自性能，結果表明，與單OWC裝置相比，雙氣室OWC裝置的最大能量轉換效率和高效頻率帶寬均有所提高。而后Wang等[27]基于OpenFOAM模擬了一個小型的雙氣室OWC裝置，該系統由兩個僅能上下移動的氣室單元組成，并對其水動力性能進行了研究。

目前已有的研究大多基于結構固定的OWC裝置。為了提高裝置的整體水動力性能，新型氣室寬度可變的OWC裝置逐漸被開發。近期，為了減少波浪反射，提高波浪能提取的氣動效率，Deng等[28]提出了帶可平移前板的近岸式OWC裝置。結果表明前板可移動的OWC裝置比傳統固定式OWC裝置具有更高的能量轉換效率。基于此，為了能夠使更多能量進入氣室內部，并且拓寬OWC裝置的高效頻率帶，提出一種帶縱搖前墻的OWC裝置。為了獲得更高的能量轉換效率，通過改變前墻的各項參數和后墻的吃水，對整個系統的能量轉換效率進行了數值研究。

1 數值方法

1.1 控制方程

采用基于OpenFOAM的第三方工具箱waves2Foam的求解器waveDyMFoam來求解雷諾時均N-S方程，其包括質量守恒方程和動量守恒方程，在笛卡爾坐標系下的控制方程為:

(1)

(2)

其中,U表示速度矢量,ρ是流體密度(空氣和水),p*是似動力壓力,g是重力加速度的向量,X是位移的向量,μeff是有效動態黏度(包括分子黏度和湍流黏性),σ是表面張力系數，κ是界面曲率。

該求解器使用流體體積法(VOF)[29]來確定交界面:

(3)

流體的性質(ρ和μ)可以用帶α的函數來計算:

ρ=αρwater+(1-α)ρair

(4)

μ=αμwater+(1-α)μair

(5)

其中，ρwater和ρair分別為水和空氣的密度，μwater和μair分別是水和空氣的分子黏度。

1.2 數值計算

在求解控制方程過程中，采用有限體積法進行數值離散。過程中采用由Rhie[32]開發的配置網格方法，將計算域離散為一系列小單元，將所有的流場信息存儲在每個單元的中心。OpenFOAM為控制方程中不同項的離散化方案和插值方法提供了多種選擇。在模擬過程中，瞬態項采用隱式歐拉格式，對流項采用高斯有限線性1.0格式，黏性擴散項采用線性修正格式，其余項均采用線性插值格式。

OpenFOAM采用了PIMPLE求解算法，該算法由PISO(pressure implicit with splitting of operator)算法和SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equation)算法合并而成。采用SIMPLE算法將N-S方程與迭代過程相結合的方法，從速度場計算網格上的壓力，用PISO算法對壓力—速度項進行修正，默認欠松弛[33]。

1.3 造波和消波方法

OpenFOAM中的waves2Foam庫為模擬規則波提供了多種預處理工具。文中選用二階斯托克斯波來產生規則波。自由表面標高η和相關速度分量Ux、Uz可表示為:

(6)

(7)

為了保證數值模擬的準確性，在進口后部和出口前部分別設置了兩個松弛區[34]。這樣，波通過結構后所產生的反射波和透射波就不會產生二次反射波，從而滿足開闊海域物理邊界條件。

1.4 參數定義

研究的水動力參數包括反射系數Cr、透射系數Ct、能量耗散系數Cd和波能轉換效率ξ。其中反射系數采用Goda兩點法[35]將反射波與入射波分離，得出反射系數Cr為:

(8)

其中，Hr和Hi分別為反射波和入射波的波高。

透射系數Ct定義為:

(9)

其中，Ht為透射波的波高。

波能轉換效率ξ是指該裝置能轉換的波浪能量大小，其值主要取決于水柱的起伏運動和氣室內的空氣壓降。OWC裝置提取的時均水動力能EOWC可由式(10)計算:

(10)

入射波功率可以表示為:

(11)

其中，ρ為水的密度，ω為角頻率，k為波數，h為水的深度，Ai為振幅。因此，波能轉換效率ξ的計算公式為:

(12)

根據波能守恒，能量耗散系數Cd量化了流體分離和渦脫落造成的能量損失比例，可以定義為:

(13)

2 模型驗證

2.1 網格收斂性測試

在進行數值模擬之前，應對網格的收斂性進行驗證，以確保網格已達到足夠的精度，不會對試驗結果產生影響。在研究中，使用了k-omega SST buoyance湍流模型。根據Deng等[36]的研究結果，網格設置應該保證每個波長至少設置100個網格，每個波高至少設置10個網格才會比較合理，同時建議每個周期至少設置1 000個時間步長。研究在保證網格分辨率正確設置的基礎上通過庫倫數Co和Coα來調節和控制時間步長，為變時間步長法，以提高數值精度，降低計算成本。

數值波槽長度如圖1所示，長度L為35 m(約為最大波長的10倍)，水深h為0.45 m。數值模擬中設置了8個浪高儀G1～G8來測量不同位置的瞬時表面高程。浪高儀G1用來監測產生的入射波。G2～G4三個浪高儀利用Goda兩點法[35]來分離入射波和反射波。浪高儀G5～G6用于監測氣室中間的瞬時表面高度。兩個浪高儀G7～G8位于OWC的后側，用于計算透射波。利用兩個壓力探頭S1～S2和9個速度探頭S3～S11分別監測氣室內外的氣壓降和氣孔內的空氣流速，并取平均值。

圖1 數模布置示意Fig. 1 Sketch of the NWT

通過求解器waveDyMFoam-6DOF提供的扭轉彈簧約束前板的旋轉運動，其主要控制參數為剛度系數K，單位為Nm/rad。在固定旋轉軸之后，前板相對初始時刻產生相對旋轉角時，該彈簧會產生相反于旋轉方向的約束力。為了更好地控制前板的運動，將彈簧的剛度系數無量綱化，定義其值為:

(14)

式中：m為前板質量，LB為前板長度。

而關于OpenFOAM數值波浪水槽的造波性能也早已得到學者的驗證[37]。數模中入射波的波高和周期分別為Hi=0.01 m和T=1.8 s。OWC裝置位于距造波邊界17.1 m處。氣室的寬度B為0.18 m,OWC的頂部開口率為1%，因此氣孔的寬度為0.001 8 m。前板厚度為0.001 m，其余板厚度為0.01 m，前板長度為0.29 m，后板長度為0.45 m，前板吃水d1=0.10 m,d2=0.25 m。無量綱彈簧系數K設為0。考慮了細、中、粗三種不同空間分辨率的網格(圖2)，因結構物附近可能產生渦而進行了加密，其中OWC裝置周圍加密后的最小網格尺寸分別為1、2、3 mm。

圖2 三種不同分辨率的網格示意Fig. 2 Grid diagram of three different resolutions in convergence test

不同網格條件下OWC裝置的空氣流速和空氣壓降對比如圖3所示。結果表明，不同網格條件下的模擬結果基本一致，最大誤差不超過4%。從時間上看，若采用12核并行計算，細網格大約需要12 h，中網格大約需要8 h，粗網格大約需要6 h。因此，考慮到計算效率和精度，在接下來的數值模擬中選擇使用中精度的網格。

圖3 不同網格分辨率下的數值收斂性結果Fig. 3 Numerical convergence study results for different grid resolutions

2.2 波浪能轉換效率的驗證

考慮到研究的重點是探索OWC裝置的能量轉換效率，在進行更多的數值模擬之前，需要驗證計算出的波能轉換效率的正確性。Elhanafi等[24]利用Star-CCM+軟件研究了單氣室離岸靜止OWC裝置的水動力性能。這里同樣研究了單氣室OWC，并將文中再現的結果與Elhanafi等[24]研究結果進行對比，結果如圖4所示。可以看出，文中得到的波能轉換效率數值結果與Elhanafi等[24]研究結果基本一致。因此，用這種方法來預測OWC裝置的波能轉換系數是相當可靠的。

圖4 波能轉換效率ξ的結果驗證Fig. 4 Comparison of wave energy conversion efficiency ξ between the previous and present results

2.3 動網格驗證

研究中采用求解器waveDyMFoam-6DOF來求解動網格，因此對動網格的可靠性進行了驗證。小球入水后的自由衰減情況[38]以及波浪作用下方箱的相對振幅[39]驗證結果如圖5和圖6所示。可以看出，使用該方法的求解結果是可信賴的。

圖5 小球入水自由衰減的結果驗證Fig. 5 Comparison of vertical displacement of the heaving cylinder between the previous and present results

圖6 方箱在波浪作用下相對振幅AH/A0的結果驗證Fig. 6 Comparison of relative heave amplitude AH/A0 of box between the previous and present results

3 結果和討論

在驗證了數值模擬結果的可靠性后，通過數值模擬的方式研究帶縱搖前墻OWC裝置各參數對其整體水動力性能的影響。考慮的參數包括無量綱彈簧系數K(前板可旋轉性)、前板吃水深度d1、前板密度ρ和后板吃水深度d2。除特別指明外，OWC裝置的設置與上一節所使用的相同。

3.1 無量綱彈簧系數的影響

研究無量綱彈簧系數K對于OWC裝置水動力性能的影響。模型的比尺擬定為1∶50，鑒于Elhanafi等[24]的研究中得出OWC裝置氣孔開口率為1%，氣室寬度B為0.02 m左右可獲得更寬的高效頻率帶，因此這里OWC氣孔開口率ε固定為1%，氣室寬度B固定為0.18 m，前板的吃水深度d1為0.1 m，后板的吃水深度d2為0.2 m，前板的密度ρ為1 500 kg/m3，波高H為0.01 m。無量綱彈簧系數K的數值設置為0、100、500、1 000、2 000、3 000、10 000和∞(在數模中設置前板為固定狀態)，其中當K的值為0和∞時對應的分別是自由狀態的可旋轉前板和固定不可動的前板，而針對這兩種情況細究了可旋轉前板對反射系數Cr、透射系數Ct、能量耗散Cd和波能轉換效率ξ的影響。

圖7中顯示了無量綱彈簧系數K對波能轉換效率ξ的影響。值得注意的是，無量綱彈簧系數K對波能轉換效率ξ的影響主要集中在短波區間。可以看出，當前板不受彈簧力約束時，裝置的整體波能轉換效率ξ保持在最高值，且在周期T=0.8 s時達到0.93，具有最寬的高效頻率帶。當入射波周期增大到1.6 s時，OWC裝置的波能轉換效率幾乎不隨無量綱彈簧系數K的變化而變化，隨著入射波周期增大從0.12開始逐漸減小。當K值較小時(K≤500)，裝置的整體波能轉換效率曲線隨著波長的增加而逐漸降低。然而,當K的值達到1 000或更高時,波能轉換效率曲線隨著波長增大先上升,然后下降，曲線中會出現一個峰值,而該峰值出現對應的周期(固有頻率)隨著K值的增大也將向短波區間移動。同時也可以看出隨著無量綱系數K從0增加到∞，裝置整體的波能轉換效率先是下降而后有所上升。這一現象出現的主要原因可能是因為無量綱系數K的變化影響了前板的旋轉幅度。當K值較小時，前板的運動幅度較大，改變了氣室中水柱的共振頻率，而在所研究的波浪頻率中沒能達到共振。然而，隨著無量綱彈簧系數K的逐漸增大，前板的運動幅度開始減小，在一定的入射波條件下，兩板之間的水柱產生共振，從而出現了波能轉換效率ξ的峰值。而此時無量綱彈簧系數K進一步增大反而會增進振蕩的穩定程度，減小彈簧晃動帶來的能量消耗，從而整體的波能轉換效率有所提升。一般來說，為了獲得更高的波能轉換效率ξ，更寬的高效頻率帶，應設置較小的無量綱彈簧系數K。

圖7 無量綱彈簧系數K對能量轉換效率ξ的影響Fig. 7 Effects of the non-dimensional spring coefficients K on the wave energy conversion efficiency ξ

從圖8(a)的反射系數曲線中可以看出，對于一個固定的前板,反射系數Cr隨著波周期變大首先從最大值約0.55開始減小，在波周期為1.0 s時降低到約0.23，而后隨著波周期增大先是小幅度增加而后逐漸減小，最低在波周期為2.2 s時達到了0.20左右。而當前板可旋轉時，在波周期為0.8 s時反射系數為最低值約0.13，隨著周期增大反射系數逐漸增大到0.33左右，而后在波周期T=1.3 s時與固定前板的反射系數曲線變化趨于一致。當波浪周期T=0.8 s時，固定前板的反射系數達到峰值為0.55，而前板可旋轉的反射系數確是最低值0.13。這是因為對于低周期波，固定的OWC裝置并不能很好地吸收波能，而前板可旋轉卻使得更多的波能能夠進入氣室內部。總的來說,反射系數的差異主要體現在低周期區間，而這個現象可以由能量耗散系數與能量轉換系數的差異證明(圖8(c)和圖8(d))。從圖8(c)可以看出，前板是否可旋轉在短波區間對OWC裝置的能量耗散有很大的影響。這可能是因為能量耗散主要是前板底部的渦旋脫落造成,如圖9所示，在短波情況下，對于縱搖前墻來說,前板底部產生的漩渦將遠遠小于固定的前板,所以能量的耗散相應減少了許多。對于中長波，大部分的能量都透過了結構，所以差別并不大。可旋轉的前板由于減少了短波區間的能量耗散，因此有助于提高整個裝置的能量轉換效率，這點同樣可由圖8(d)所印證。固定的OWC裝置能量轉換效率隨著波周期的變短先增大后減小，特別是當T=0.9 s和T=0.8 s時存在較大的差值，從0.6跌落到0.4，下降了33.3%。而當前板可旋轉時，整個裝置的能量轉換效率隨著波周期的變短呈現穩定的上升趨勢，在T=0.8 s時達到峰值0.93，反而相較于T=0.9 s對應的0.83上升了12%，對比固定前板的0.4更是提升了133%。不同前板條件下，圖8(c)和圖8(d)的數據在波周期大于T=1.7 s后隨著波周期的增加都趨于一致,這也反映出前板是否可旋轉主要是對短周期入射波產生影響。而對于OWC裝置而言，影響透射系數的關鍵因素是后板的吃水深度，因此前板是否可旋轉并不會影響最終裝置整體的透射系數，圖8(b)驗證了這一點。隨著波長的增大，整個裝置的透射系數呈增幅減小的上升趨勢，這也說明該OWC裝置只對短波具有良好的阻波效應。綜合以上分析可知，前板可旋轉可以有效提高整個裝置在中短波區間的波能轉換效率并且將反射系數控制在較小的閾值內。

圖8 前板是否可旋轉的水動力系數對比Fig. 8 Comparison of the hydrodynamic coefficients for different front-walls

圖9 結構物附近的渦分布Fig. 9 Vorticity distribution pattern in the vicinity of the structure

3.2 前板的密度和吃水深度的影響

探究前板的密度和吃水深度對于裝置水動力性能的影響。試驗中前板可以自由旋轉(K值為0)，密度ρ0設置為1 500 kg/m3、2 000 kg/m3、2 500 kg/m3三組，吃水深度設置為0.08 m、0.10 m、0.12 m三組。其他參數與3.1節的設置相同。

考慮前板密度和吃水深度的變化(圖10和圖11)，最終的結果表明前板密度和吃水深度沒有產生多少影響。在這4個水動力參數中，透射系數Ct本身就不太可能受到前板參數設置的變化影響。另一方面，造成這種現象的主要原因可能是前板的設置類型是可旋轉薄板，其厚度僅為0.001 m。由于其質量相對較小，因此在研究中設置K值為0時前板密度改變未能產生本質的影響，前板的轉動慣量相較于波浪力矩依舊是小數量級，主要還是隨波浪振動而轉動，而當K值為100未對波能轉換效率產生影響也是一樣的原因。而前板的吃水深度在前板轉動較為劇烈的情況下(K值為0)，實際的有效吃水深度隨波浪作用一直在改變，因此小范圍的變化并沒有對裝置產生實質的影響。

圖10 不同前板密度條件下裝置的水動力系數對比Fig. 10 Comparison of the hydrodynamic coefficients for different densities of the front-wall

圖11 不同前板吃水深度條件下裝置的水動力系數對比Fig. 11 Comparison of the hydrodynamic coefficients for different draughts of the front-wall

3.3 后板吃水深度的影響

研究后板吃水深度對裝置水動力性能的影響。在該節中前板的吃水深度為0.10 m，其余參數與3.1節相同。對后板吃水深度分別為d2=0.20 m、0.25 m、0.30 m的裝置進行了探究。

圖12(a)顯示了不同后板吃水深度情況下反射系數Cr與波周期T的關系。由圖12可以看出，無論后板吃水深度多大，反射系數Cr都先從最小值開始增大，然后隨著波周期的增大而減小。當波浪周期T=0.8 s時，不同d2下的反射系數均在0.13左右為最低值。隨著波周期的增加，反射系數逐步達到最大值，相對應的波周期也會隨著后板吃水深度的增加而增加，當d2為0.20 m時其峰值對應的周期為T=1.1 s，而當d2為0.30 m時峰值周期增大到T=1.4 s。而裝置整體的反射系數也隨著d2的增大而逐漸增大，尤其在長波區間，后板吃水深度對反射系數的影響更大。Deng等[36]的研究也發現了類似的現象，原因是較大吃水深度的后板可以使更多的波能在自由表面附近集中。不同后板吃水深度情況下透射系數Ct與波周期T的關系如圖12(b)所示。不同條件下裝置整體的透射系數Ct都是隨入射波長的增加而增大。當后板吃水深度從0.20 m增大到0.30 m時，透射系數達到0.6的臨界周期從1.2 s左右增大到約1.4 s，可以看出隨著后板吃水深度的增加，通過裝置的波能減少，在更大的波周期范圍內具有更好的阻波效果。而不同d2條件下的能量耗散曲線Cd差異不大(圖12(c))，隨著波周期的增長，均處于小于0.2的波動狀態。僅當波周期大于1.8 s時，能量耗散系數Cd隨后板吃水d2的增加而稍有增大。圖12(d)給出了不同后板吃水深度下波能轉換效率ξ與波周期T的關系。隨著波周期的增加，能量轉換效率逐漸降低，這表明裝置對波能的高效提取主要集中在短波區間。后板吃水深度對波能轉換效率的影響不可忽視。在T=1.0 s和T=1.6 s范圍內，當d2從0.20 m增大到0.30 m后，能量轉換效率均增大了約0.2。可見隨著后板吃水深度的增加，波能轉換效率有著顯著提高。整體趨勢中，不同后板吃水深度的波能轉換效率都在波浪周期T=0.8 s時達到最大值約0.94，在波浪周期T=2.2 s時達到最小值約0.04。顯然，后板的吃水深度將決定OWC裝置內可以存儲的能量大小，所以改變后板的吃水深度可以有效地改變裝置的波能轉換效率ξ。對于短波而言，OWC裝置的能量轉換效率已經達到上限，所以改變d2的影響不會太大，而對于長波，大部分能量不能保留在氣室內部，都透射過裝置，所以后板吃水深度的影響也不是很大。因此總體而言后板的吃水深度主要對中短波和中長波的波能轉換效率有較大影響。

圖12 不同后板吃水深度條件下裝置的水動力系數對比Fig. 12 Comparison of the hydrodynamic coefficients for different draughts of the back-wall

4 結 語

對前薄板可旋轉的新型振蕩水柱式波浪能轉換裝置的水動力性能進行了數值研究。數值分析了該裝置各參數對反射系數Cr、透射系數Ct、能量耗散系數Cd和波能轉換效率ξ的影響。通過研究可以得出以下結論：

1) 通過降低整個裝置的能量耗散率，縱搖前墻確實有助于提高整個裝置的波能轉換效率。改變無量綱彈簧系數K會對裝置在中短波區間的波能轉換效率產生很大的影響。當無量綱彈簧系數K較大時，波能轉換效率曲線的峰值會出現在短波區間。當系數K為0時，裝置的波能轉換效率ξ最大，高效頻率帶最寬。

2) 當前板可旋轉時，前板的密度和吃水深度對裝置的水動力性能影響不大。

3) 后板的吃水深度d2對裝置的水動力性能有一定的影響。增加后板的吃水深度可以有效提高中短波和中長波的波能轉換效率，但對整體的能量耗散系數影響不大。透射系數隨后板吃水深度的增加而減小，而反射系數隨后板吃水深度的增加而增大。