基于点吸收式海洋能量收集装置的技术研究

论文摘要

随着传统能源的日渐枯竭,寻找一种新型能源变得至关重要。波浪能作为一种新型能源,具有储量大,可循环,无污染等特点,成为人们所研究的焦点。波浪能收集装置分为多种类型,其中点吸收式能量收集装置具有转化海洋能的效率高、制造成本低、易于建造、受波浪方向影响程度低等优点,因此得到了国内外学者的普遍关注。通过调查发现,现有的波浪能收集装置大多体积较大,适用于给大功率器件供电。而对于海上浮标等耗电量较小的器件,现有的收集装置不再适用,一方面是因为会造成能量的溢出,另一方面则是由于装置体积较大,与小型器件不能良好的契合。本文提出了一种基于点吸收式结构小型化的电磁能量收集装置,并从原理和仿真两个方面对其进行研究,并采用COMSOL软件对其进行仿真分析。本文主要对以下几个方面进行了研究:在线性波浪理论下,利用COMSOL软件对振荡浮子进行建模和仿真,通过研究其运动状态,发现其运动是一种低频高振幅的运动;综合各种能量采集技术,最终使用电磁式作为能量收集的基础;为了提高输出功率,结合振荡浮子低频高振幅的特点,采用频率转换技术,使用无磁性小球周期性撞击弹簧上的磁铁,从而把振荡浮子的低频运动转换成磁铁的高频运动;通过对磁铁、弹簧和线圈的设计和优化,以最大限度的减少输出功率的损失。通过对原理以及仿真的研究,证明了装置的可行性。而后按照优化的设计参数,设计加工出了简易的样机。在外界振动模拟波浪的条件下,对样机的性能进行了测试。在外界振动频率为1Hz,振幅为0.5m的条件下,该种能量收集装置的输出电压的峰峰值约为760mV,瞬时输出功率的最大值为1.95mW,其输出电压经整流后为电容充电,证明其可以为蓄电装置提供电能。这种点吸收式能量收集装置在小型浮子当中可以起到一定作用,在波浪能收集方面有着一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
•     1.2.1 点吸收式波浪能发电装置的国内外研究现状
•     1.2.2 小型化能量收集装置的国内外研究现状
•   1.3 国内外文献综述
•   1.4 主要研究内容
• 第2章 振荡浮子的运动状态及仿真研究
•   2.1 引言
•   2.2 振荡浮子的运动状态
•     2.2.1 振荡浮子的整体结构
•     2.2.2 波浪理论
•     2.2.3 振荡浮子的受力分析
•   2.3 振荡浮子的建模与仿真
•     2.3.1 振荡浮子的运动方程
•     2.3.2 振荡浮子的建模
•   2.4 振荡浮子的仿真参数设计及结果分析
•   2.5 本章小结
• 第3章 能量收集装置的原理分析及结构建模
•   3.1 引言
•   3.2 能量收集装置涉及的相关理论及技术
•     3.2.1 振动能量收集技术
•     3.2.2 电磁感应
•     3.2.3 频率转换技术
•   3.3 能量收集装置的基本结构及其原理
•     3.3.1 能量收集装置的基本结构
•     3.3.2 能量收集装置的工作原理
•   3.4 本章小结
• 第4章 能量收集装置的参数设计及仿真分析
•   4.1 引言
•   4.2 能量收集装置的参数设计及优化
•     4.2.1 磁铁的设计及优化
•     4.2.2 弹簧的设计及优化
•     4.2.3 线圈的设计及优化
•   4.3 能量收集装置的仿真及其结果分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 能量收集装置的加工及测试
•   5.1 引言
•   5.2 能量收集装置整体样机的设计和加工
•   5.3 能量收集装置样机的测试和结果分析
•     5.3.1 能量收集装置的输出电压测试与分析
•     5.3.2 能量收集装置的输出功率测试与分析
•     5.3.3 能量收集装置的充电测试与分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许昂

导师: 陈伟平

关键词: 点吸收,振荡浮子,能量收集,频率转换

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: P742

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002265

总页数: 69

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