课题基金 / 基金详情

浮式平台-波能浮子系统全非线性耦合运动及能量转换特性研究

批准号:
52071096
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
周斌珍
依托单位:
学科分类:
海岸工程与海洋工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周斌珍

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
海洋浮式平台远离陆地,能源等物资补给困难,费用高昂,如能就地利用海洋可再生能源,将大幅提高浮式平台的生存和作业能力。波浪能以其分布范围广、能量密度高等优点获得了广泛的关注和应用。浮式平台-波能浮子系统是一个波浪与多浮体相互作用的复杂系统,其中波浪、平台、波能浮子、系泊之间的耦合作用是研究难点,目前的分析方法尚不够完善。本项目基于势流和粘流理论,建立有效的浮式平台-波能浮子系统全非线性耦合水动力模型和求解方法;揭示浮式平台和波能浮子之间耦合运动和能量转换特性的变化规律和机理特征,探索可能的极端运动响应、载荷、准陷波现象等;开展水动力模型试验,为理论模型算法和机理的研究和验证提供依据;构建一套高效获能、安全稳定的浮式平台与波能装置组合的基本方案。本项目完成,对于丰富浮式平台与波能装置耦合系统的水动力设计理论具有重要意义,为提高波能装置的获能效率、改善耦合系统整体性能奠定科学方法与技术基础。
英文摘要
Floating offshore platforms (FOPs) are remote from land, making their provision of resource difficult and expensive. If local ocean renewable energy could be used, the survivability and service ability of FOPs will be greatly improved. Wave energy is increasingly concerned and applied due to the advantages of wide distribution and high energy density. The combination of a FOP and wave energy converters (WECs) is a complex system including coupled motion between water waves and multiple floating bodies. The coupled effect between water waves, floating platform, wave energy converters, and mooring lines is a tough problem. Current analytical methods are inadequate. Based on the potential flow and viscous flow theories, this project aims to develop an effective mathematical model and numerical algorithm for the simulation of the fully nonlinear FOP-WECs coupled hydrodynamic problem; to reveal the varying discipline and the mechanism nature of the energy conversion characteristics and the coupled motion between the platform and WECs; to explore the mechanical phenomena such as possible extreme motion response, loads, and near-trapping; to conduct model test, offering warrant for the investigation and verification of theoretical model and mechanism; to establish fundamentals of an effective, safe, and robust FOP-WECs combination scenario. This project is important and meaningful for the enrichment of the hydrodynamic design theory of the FOP-WECs system and for the establishment of scientific approach and technical foundation to improve the efficiency of WECs and the performance of the coupled system.
利用波浪能为浮式平台原位供电,可保障平台长期稳定作业,避免燃料长途运输成本高、风险大等问题,具有广阔的应用前景,为国家海洋战略和能源战略提供重要支撑。本项目严格按照预定计划执行,以“数值模型与求解方法建立-集成系统耦合运动及能量转换机理-水动力模型试验-波浪能阵列布局优化”为技术主线,开展了浮式平台-振荡浮体波浪能阵列-系泊集成系统耦合水动力特性与能量转换特性研究。基于线性势流频域理论和约束运动点位移连续条件推导出多浮体约束耦合运动方程,基于线性频转时方法加入风机气动模块,基于考虑弹性形变的悬链线理论,建立风浪集成系统气-水动力双向实时耦合的线性时域模型。通过入散射分离技术建立开敞水域全非线性风浪与集成系统相互作用数值模型与求解方法,实现实海况下集成系统性能的高效精确预报。开展了集成系统耦合运动机理及能量转换特性数值与实验研究,分析了波浪非线性对平台运动响应、波浪能发电效率及系泊受力的影响,探明了波浪能装置与浮式平台间同步共振、波浪能装置间阵列效应等集成系统耦合水动力机理。开展了半潜平台的波浪能转换系统布局方案研究,开发了波浪能装置无量纲快速选型优化方法,在给定海况下优化波浪能装置尺寸、底部形状、布局和能量转换系统参数等,实现浮式平台与波浪能装置协同作业。研究成果发表论文40篇,其中第一/通讯作者SCI论文26篇,中科院一区Top期刊论文21篇,3篇入选ESI高被引论文,授权美国发明专利1项、中国发明专利33件、软件著作6项,获中国造船工程学会科技进步一等奖、海洋工程科学技术二等奖、自然资源部青年科技奖。
波能阵列-浮式防波堤集成系统全非线性水动力及能量特性研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    100.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    周斌珍
  • 依托单位:
浮式平台-波能浮子系统全非线性耦合运动及能量转换特性研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    周斌珍
  • 依托单位:
国内基金
海外基金